JP2009001277A - Bicycle light using bulk lens - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a bicycle light using a lens suitable as an optical lens for a semiconductor light emitting element such as a light emitting diode (LED), based on the proposal of an optical lens having a novel structure. Further, the present invention relates to a bicycle light that uses a light source that condenses light emitted from a semiconductor element with a lens having a novel structure and emits it to the outside as a light source.
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。 Semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) directly convert electrical energy into light energy, and therefore have a feature that is more efficient than incandescent bulbs such as halogen lamps and fluorescent lamps, and does not generate heat during light emission. . Incandescent bulbs convert electrical energy into thermal energy and use light radiation accompanying the heat generation, and the conversion efficiency of electrical energy into light is low and does not exceed 1%. In a fluorescent lamp, electric energy is converted into discharge energy, and the conversion efficiency into light is still low. On the other hand, in the LED, the conversion efficiency of electric energy into light can be over 20%, and a conversion efficiency exceeding 100 times that of an incandescent bulb or a fluorescent lamp can be easily achieved. Furthermore, a semiconductor light-emitting element such as an LED has a long lifetime that can be said to be semi-permanent, and does not have the problem of flickering like a fluorescent lamp. Therefore, it can be said that it is a human-friendly light source that does not adversely affect the eyes and the human body.
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90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LED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LED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。
Although the LED has such an excellent feature, the light emission area is a small area of about 1 mm 2, so when used as illumination light or a light source, a single LED has insufficient luminous flux, and many It is necessary to arrange the LEDs. Further, since the LED has a divergence angle as large as 90 degrees in a chip state and around 40 degrees even in a package type, a lens for converging light is required. For this reason, a large number of LEDs must be arranged in a matrix, and a light focusing lens must be attached to each LED. However, if a conventional optical system using a convex spherical lens or the like is used, the divergence angle of the LED is large. Therefore, if it is attempted to converge with a low light loss, the lens system becomes enormous and the LEDs cannot be arranged closely. Or, if the lens system is made small and the LEDs are closely arranged, there arises a problem that the light loss becomes extremely large. In addition, when a conventional lens system is used, a holder that holds the LED and the lens with the optical axis aligned is necessary, and such a holder requires high precision processing, and thus costs are increased. Further, when the LED and the lens are fixed to the holder, an optical axis alignment adjustment process is required, which increases the cost.
The above-mentioned problems are the main causes that LEDs are not used as illumination light or light source.
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(特許文献1参照)。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。 By the way, as a conventional bicycle light, it is generally known that a rotating portion (especially a roller) of a generator is brought into contact with a tire and the power of the light is generated by the rotation of the roller. A light bulb is used as a source (see Patent Document 1). The roller as the rotating part is subjected to a rough surface treatment in which a plurality of grooves and the like are provided so that the surface has a large friction coefficient.
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。
In such a bicycle light, since a light bulb is used, the power consumption increases and the amount of power generation must also be large, so the generator itself becomes large.
In addition, since a generator with a large amount of power generation is used for power generation, it is necessary to increase the force of depressing the pedal to rotate the wheels.
Further, when a light source such as an LED is used instead of a light bulb, the illuminance of light emitted from the LED is not sufficient for lighting a light as described above.
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。 Therefore, the present invention was created to solve the above-described problems, and generates power without giving friction to the wheels, supplies the power to a light source such as an LED or a semiconductor laser, and condenses the light. An object of the present invention is to provide a bicycle light using a bulk lens that can be emitted to the outside.
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。
In order to achieve the above object, a bicycle light using a bulk type lens according to the present invention includes a bulk type lens, a light source housed in the bulk type lens, and an electromotive force generated by a change in magnetic flux of the magnet. The bulk-type lens includes a top, a bottom, an outer periphery, and a recess formed by a ceiling and an inner periphery formed from the bottom toward the top. The concave portion is the light source storage portion, the ceiling portion is the first lens surface, the inner peripheral portion is the light incident surface, and the outer peripheral portion is the total reflection surface. The bottom part functions as a reflecting surface, and the top part functions as a second lens surface.
When the light source is housed inside the recess, the ceiling functions as the lens entrance surface and the top functions as the lens exit surface. The light incident on the optical medium from the inner periphery is totally reflected or reflected at the bottom and transmitted to the top. “Bulk type” means a solid body having a certain degree of thickness or swelling, such as a shell type, egg type, saddle type, saddle type. The cross-sectional shape perpendicular to the optical axis direction can be a perfect circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle, a polygon, or the like. The outer peripheral portion of the bulk type lens body may be a surface parallel to the optical axis, such as a circular column or a peripheral portion of a prism, and may have a taper with respect to the optical axis. In addition, the lens surface at the ceiling and the top can be appropriately selected from a convex surface, a concave surface, a flat surface, and a Fresnel lens surface.
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(ZnO)、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。 The bulk type lens used in this bicycle light has a lens function and an optical transmission function to connect the entrance surface and the exit surface, so it is a material transparent to the wavelength of light and has a refractive index of refraction of air. The rate needs to be different. As such a material, various glass materials such as transparent resin (transparent plastic material) such as acrylic resin, quartz glass, soda-lime glass, borosilicate glass, lead glass, and the like can be used. Alternatively, a crystalline material such as zinc oxide (ZnO), zinc sulfide (ZnS), or silicon carbide (SiC) may be used. Also, a material such as a transparent rubber having flexibility, flexibility and stretchability may be used. When an incandescent bulb such as a halogen lamp is used as the light source, a heat resistant optical material should be used in consideration of the heat generated by this. As the heat resistant optical material, heat resistant glass such as quartz glass and sapphire glass is preferable. Alternatively, a heat-resistant optical material such as a heat-resistant resin such as a polysulfone resin, a polyether sulfone resin, a polycarbonate resin, a polyetheresteramide resin, a methacrylic resin, an amorphous polyolefin resin, or a polymer material having a perfluoroalkyl group It can be used. Crystalline materials such as SiC are also excellent in heat resistance.
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。 The light source is preferably a light source that does not cause a significant heat generation effect during light emission, such as an LED or a semiconductor laser. If an LED or the like is used, when the “light source” is housed in the concave portion (housing portion) of the bulk type lens according to the first feature of the present invention, the thermal effect is exerted on the bulk type lens by the heat generation action. Never give.
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。 By using the bulk type lens, it is possible to easily obtain a bicycle light having a desired illuminance without requiring a large number of light sources for the bicycle light. This illuminance cannot be achieved by a conventionally known optical system such as a lens if the number of light sources is the same. The present invention can realize illuminance that cannot be achieved by conventional techniques with a simple and compact configuration. Although details will be described later, conventional thin lenses such as “biconvex lens”, “planoconvex lens”, “meniscus convex lens”, “biconcave lens”, “planoconcave lens”, “meniscus concave lens”, etc., have large infinite diameters. Unless a lens is used, a function equivalent to the bulk lens used in the bicycle light of the present invention cannot be achieved.
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。
An LED has an internal quantum efficiency and an external quantum efficiency. Usually, the external quantum efficiency is lower than the internal quantum efficiency. By storing the LED in the storage portion (concave portion) with the bulk lens used in the present invention, it becomes possible to effectively extract the light energy of the potential LED with an efficiency substantially equal to the internal quantum efficiency.
The principle is that (a) the reflected light (stray light) at the top surface and the ceiling portion of the bulk type lens and the outer peripheral portion is totally reflected at the outer peripheral portion, so that it hardly dissipates outside the bulk type lens. ) A part of the reflected light (stray light) returns to the lens surface that is the top part and the ceiling part. (C) A part of the reflected light (stray light) is reflected at the bottom part and returns to the lens surface that is the top part and the ceiling part. (D) A part of the reflected light (stray light) is absorbed by the LED light source and re-emitted, and (e) light incident on the inner surface is also guided by total reflection and used effectively. Conceivable.
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。 Further, according to the bulk type lens used in the present invention, the light source itself such as LED can easily change the optical path such as light divergence and convergence and change the focal point without any modification. That is, if the divergence angle of the light source according to the first feature of the present invention is known, it is possible to easily select the curvature radii of the first and second curved surfaces. Note that either one of the first and second curved surfaces may be a flat surface with an infinite curvature radius or near infinity. If either one of the first and second curved surfaces has a predetermined (finite) radius of curvature that is not infinite, the convergence and divergence of light can be controlled. The “predetermined divergence angle” may be 0 °, that is, a parallel light beam. Even if the divergence angle is 90 degrees, the storage portion completely covers the light emitting portion of the light source, so that the light can be effectively collected. This is an operation that is impossible with a conventional optical system such as a lens. That is, the inner peripheral part of the storage part other than the ceiling part can also function as an effective light incident part.
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。
Specifically, the light source according to the first object of the present invention is a chip-shaped semiconductor light emitting element, a semiconductor light emitting element molded with a transparent material, or an emission end face of an optical fiber that guides light from another light source. . These light sources may be stored in the storage unit via an optical medium. By appropriately selecting the optical medium according to the refractive index, it is possible to change the optical path such as light divergence and convergence, and change the focal point, and also to change the refraction angle of light incident on the recess from the inner peripheral surface. It is also possible to make the total reflection of the recess more effective.
Here, the optical medium includes not only solids, liquids, and gases, but also substances that are transparent to the wavelength of light in the form of sol, colloid, or gel.
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θt光源の発散角をθd として、sin−1{n1 /n2 cos(θd +φ)}=θt から定まる角度であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the bicycle light using the bulk type lens of the present invention has a bulk type lens, a light source housed in the bulk type lens, and an electromotive force generated by a change in magnetic flux of the magnet. A power generation unit that supplies current to the light source, and the bulk lens includes a top, a bottom, an outer peripheral, and a ceiling and an inner peripheral formed from the bottom toward the top. An optical medium having a concave portion, the concave portion is a light source storage portion, the ceiling portion is a first lens surface, the inner peripheral portion is a light incident surface, and the outer peripheral portion is a total reflection surface The bottom portion functions as a reflecting surface, the top portion functions as a second lens surface, and the light incident surface of the inner peripheral portion is configured by an uneven surface having a predetermined inclination and a size of at least the light wavelength or more. Features that are It is.
According to this configuration, for example, even when using an LED that emits most of the emitted light from the side surface of the chip, such as an edge-emitting LED, all the emitted light can be condensed. The predetermined inclination φ is sin −1 {n, where n 1 is the refractive index of the recess, n 2 is the refractive index of the optical medium, and the total reflection angle at the outer peripheral surface in the optical medium is the divergence angle of the θt light source. 1 / n 2 cos (θd + φ)} = θt.
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。
Furthermore, the power generation unit is preferably configured to include a magnet attached to at least one spoke of the wheel, and a coil attached to the vehicle body with the axis perpendicular to the rotation surface of the wheel. The current supplied to the light emitting element is based on an electromotive force generated by a change in magnetic flux of the magnet that crosses the vicinity of the opening of the coil due to rotation of the wheel.
The bicycle light preferably includes a control unit that controls supply of current generated by the power generation unit to the light source, and a detection unit that detects light and sends a light detection signal to the control unit. The controller is configured to automatically switch the light source on and off based on a signal from the detector.
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。
The bicycle light is preferably provided with a diode that converts an alternating current generated by the power generation unit into a direct current.
Further, the bicycle light may be provided with a capacitor for supplying an alternating voltage generated by the power generation unit to the light source. Furthermore, the bicycle light of the present invention is preferably configured by providing a magnetic body in the coil. Furthermore, the magnet may be formed in a horseshoe shape.
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,LED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。 The bicycle light of the present invention can significantly increase the illumination intensity of the light by using a bulk lens without increasing the number of semiconductor elements, and effectively use the light emission of semiconductor elements such as LD and LED. Even a relatively expensive light-emitting element can be used sufficiently for practical use.
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。
Thus, according to the bicycle light of the present invention, since a light emitting source such as an LED is used, it is possible to reduce power consumption as compared with a light bulb, and as a result, it is possible to reduce the generator. In addition, since the light emitted from the light source is collected by the bulk lens and emitted to the outside, light with high illuminance can be obtained.
Furthermore, since the bicycle light is configured to supply an electromotive force based on a change in magnetic flux to the light source, there is no friction between the roller of the conventional generator and the tire, so the conventional roller contacts the tire. You can lighten the pedal of the bicycle compared to when you are.
In addition, since the power consumption of the light source such as LED is 1/10 to 1/100 that of a light bulb, a generator having a simple structure including a coil, a magnetic body, and a magnet may be used, for example. Can be configured.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Accordingly, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
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。
FIG. 1 is a block diagram showing a bicycle light using a bulk lens according to an embodiment of the present invention. The bicycle light 100 shown in FIG. 1 generates electricity without giving friction to wheels, and the electric power is emitted from an LED. Or a light source such as a semiconductor laser, and the light is collected and emitted to the outside.
For this reason, as shown in FIG. 1, the bicycle light 100 includes a light source 1, a bulk lens 20, and a power generation unit 30.
The light source 1 is a semiconductor element such as an LED that has little heat generation action when emitting light, and the power generation unit 30 supplies a voltage (current) to the light source 1 based on an electromotive force generated by a change in magnetic flux.
The bulk type lens 20 can use a commercially available light source such as an LED and has high condensing efficiency. If the bulk type lens 20 is used, a desired number of light sources can be obtained without requiring a large number. Can be obtained.
Here, the bulk type lens 20 used for the bicycle light 100 will be described by dividing it into a first embodiment, a second embodiment, and modifications thereof.
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。
A first example of the bulk type lens will be described.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the light source 1 of the illumination light and the bulk lens 20 used in the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the illumination light includes at least a light source 1 such as an LED that emits light of a predetermined wavelength band, and a bulk lens 20 that completely surrounds the light source 1. The bulk lens 20 is an optical medium including a top portion 3, a bottom portion 7, an outer peripheral portion 9, and a concave portion 6 including a ceiling portion 2 and an inner peripheral portion 5 formed from the bottom portion 7 toward the top portion 3. The light source 1 is accommodated and fixed concentrically and completely with the bulk type lens 20 through the spacer 8 in the recess 6, the ceiling portion 2 serves as the light incident surface of the lens, and the top portion 3 serves as the exit surface of the lens. Is configured to function as
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11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。 The light source 1 in FIG. 2 includes an LED chip 13, a support pin 11 that also serves as an electrode on which the LED chip 13 is placed, an electrode pin 12 that supplies power to the other electrode of the LED chip 13, a chip 13, It is composed of a transparent resin mold 14 that covers the support pins 11 and the electrode pins 12. The resin mold 14 has a cylindrical side portion, and is fitted to the inner peripheral portion 5 of the concave portion 6 of the bulk lens 20 via the spacer 8.
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0.25〜0.5mm程度のスペーサ8が挿入されている。スペーサ8はLED1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。 The side surface of the resin mold 14 has, for example, a cylindrical shape with a diameter (2r) of 2 to 3 mmφ, and the inner peripheral portion 5 of the concave portion 6 of the bulk lens 20 has a cylindrical shape with a diameter of 2.5 to 4 mmφ, for example. ing. In order to fix the LED 1 and the bulk lens 20, a spacer 8 having a thickness of about 0.25 to 0.5 mm is inserted between the LED 1 and the concave portion 6 of the bulk lens 20. The spacer 8 is disposed at a position excluding the light emitting portion of the LED 1, that is, on the bottom 7 side from the bottom surface of the LED chip 13 in FIG. 2.
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、10〜30mmφ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(2R0 )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。
In the bulk type lens 20, for example, the top portion 3 has a convex spherical surface, and the outer peripheral portion 9 has a cylindrical shape. The diameter (2R 0 ) of the outer peripheral portion 9 is, for example, 10 to 30 mmφ, and can be arbitrarily selected according to the purpose of use. However, in order to increase the light collection efficiency,
10r> R 0 > 3r (1)
It is preferable to satisfy this relationship. Even if the diameter (2R 0 ) of the outer peripheral portion 9 of the bulk lens 20 is 10 times the inner diameter (2r) of the inner peripheral portion 5 of the recess 6, the bulk lens according to the embodiment of the present invention functions, but is necessary. It is not preferable for the purpose of increasing the size and reducing the size.
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。
LED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。
The bulk lens used in the present invention having the above-described configuration can be converged with an extremely low loss compared to an optical system using a conventional convex spherical lens for the following reason. Since an LED is a light source with a large divergence angle, light loss is inevitable if all light emitted from the LED is converted into parallel rays by a conventional convex spherical lens.
FIG. 3 is a diagram showing the light collecting action of a conventional convex spherical lens, and FIG. 3 (A) shows a state in which light from an LED light source is converted into parallel light using a convex half spherical lens. Yes. In the figure, the lens has a radius of curvature r and is located at a focal length f from the light source. The focal length of the one-spherical lens is f = r / (n−1), where n is the refractive index of the lens, and therefore f = 2r when the refractive index n = 1.5. Therefore, as is apparent from the figure, the maximum divergence angle that the lens can receive is 30 °, and the light beam shown in B in the figure cannot be parallel light. That is, when a conventional lens is used, light having an opening angle or more determined from the relationship between the focal length and the radius of curvature cannot be taken in, so that the loss is large.
Many LED light sources have a divergence angle of 30 ° or more, and in this case, a large loss occurs for the above reason. Conventionally, in such a case, improvement is made by using a high refractive index lens, but the cost becomes high. Alternatively, there is an example of dealing with a complicated combination of lenses, but in this case, the Fresnel reflection loss described below increases.
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。
FIG. 3B is a diagram showing the state of reflection on the incident surface of a conventional convex half-spherical lens. In the figure, a line with an arrow represents a light ray emitted from the LED 1 and reflected by the light incident surface of the convex spherical lens. θ (θ 1 , θ 2 ) represents an emission angle from the LED, that is, a divergence angle, and φ (φ 1 , φ 2 ) represents an incident angle of each light beam on the lens surface.
FIG. 4 is a diagram showing Fresnel's law of reflection. In the figure, the horizontal axis represents the incident angle of the light beam, the vertical axis represents the reflectance of the light intensity, the refractive index of the lens is 1.5, and the light beam is incident on the lens surface from the air. As is apparent from the figure, the reflectance is low and constant until the incident angle is around 50 °, but the reflectance increases abruptly when the angle exceeds 50 °.
The light ray having a large incident angle shown in FIG. 3B has a high ratio of being reflected as apparent from the Fresnel reflection law of FIG. For example, when a single-convex spherical lens having a refractive index of 1.5 is used and parallel light is produced by using a light source with a divergence angle of 30 ° at the focal length of the lens, the loss due to the reflected light is the total amount of light. Reaches nearly 30%.
Therefore, if the lenses are connected in multiple stages as in the conventional optical system, Fresnel reflection occurs in multiple stages, increasing the loss. These reflected lights are scattered in space and cannot be used as convergent light.
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。
On the other hand, in the bulk type lens according to the embodiment of the present invention, even a light beam having a large divergence angle, all the light beams can be incident on the lens surface. This is a lens with very little loss.
Further, since the reflecting surfaces that cause Fresnel reflection are the ceiling portion 2 and the top portion 3, the reflected light (stray light) reflected by these surfaces is reflected in the bulk lens. These reflected lights (stray light) are not scattered outside the bulk lens by being totally reflected by the outer peripheral part 9, but return to the lens surface, which is partly the top part 3 and the ceiling part 2, and become convergent light. The other part is reflected by the bottom 7 and returns to the top 3 or the ceiling 2 to become convergent light. The other part is absorbed by the LED light source and re-emitted to become convergent light.
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。
FIG. 5 is a diagram illustrating a process in which the light returned to the LED light source 1 is re-emitted.
In the figure, the returned light is absorbed by the PN junction to generate holes and electrons, and these holes and electrons recombine to re-emit light. This effect is particularly significant in the case of an LED having a heterostructure. In the heterostructure LED, the band gap energy of the PN junction that is the light emitting part is formed smaller than the band gap energy of the P and N regions, so that reflected light (stray light) is absorbed in the P or N region. Instead, it is absorbed only at the PN junction and re-emits light.
Furthermore, in the bulk type lens according to the embodiment of the present invention, light incident on the inner peripheral portion 5 is also guided to the top portion 3 by total reflection at the outer peripheral surface 9 and is emitted as convergent light. This effect is further enhanced when the LED light source 1 is housed in the housing portion via an optical medium having a refractive index higher than that of the optical medium of the bulk lens.
In the bulk type lens according to the embodiment of the present invention, the light of the LED light source is effectively extracted as the convergent light with the efficiency substantially equal to the internal quantum efficiency due to the synergistic effect described above. It is considered that the loss is extremely low compared to a spherical lens.
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102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。 FIG. 6 is a diagram showing a measurement system for comparing characteristics when parallel light is created by the first example of the bulk type lens according to the embodiment of the present invention and a conventional convex spherical lens. . FIG. 6A is a schematic diagram showing a measurement system for measuring the light intensity (illuminance) distribution in the direction perpendicular to the optical axis direction when the bulk lens 20 is used. The intensity (illuminance) of the output light from the exit surface of the bulk lens 20 is measured by moving the illuminometer 102 in the y-axis direction with the measurement distance x from the LED 1 being constant. The measurement distance (x) is measured in the optical axis direction. On the other hand, FIG. 6B is a diagram showing that the same measurement is performed using a conventional biconvex lens.
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30mmφ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。 In the measurement shown in FIGS. 6A and 6B, the outer diameter of the bulk lens 20 used in the present invention is 30 mmφ, and the outer diameter of the biconvex lens 101 used for comparison is 63 mmφ, which is slightly more than twice this. . A biconvex lens 101 having a focal length of 150 mm was used, and was arranged at a position of 150 mm from the LED 1 in the x direction. The LED light source 1 used a divergence angle of about 12 degrees.
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。
FIG. 7 is a diagram comparing characteristics in the case where parallel light is generated by the first example of the bulk type lens according to the embodiment of the present invention and a conventional convex spherical lens. The intensity (illuminance) distribution along the y direction of the output light of each of the bulk type lens 20 according to the present invention, the conventional thin lens (biconvex lens) 101, and the bare LED that does not use the bulk type lens is measured distance x = 1 m. The result when measured in is shown. The bulk lens 20 according to the first embodiment of the present invention has twice the illuminance as the conventional thin lens (biconvex lens) 101.
This result shows that the bulk type lens according to the embodiment of the present invention has an effect that cannot be realized by the conventional optical system.
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。
FIG. 8 is a diagram in which the parallelism of the parallel light created by the first example of the bulk lens according to the embodiment of the present invention and the conventional convex spherical lens is evaluated.
FIG. 7 summarizes data obtained by measuring the intensity (illuminance) distribution along the y direction while changing the measurement distance x in the same manner as in FIG. 6. The horizontal axis of the figure indicates the square of the reciprocal of the measurement distance x, that is, 1 / x 2 , and the vertical axis indicates the maximum intensity (peak intensity) at the measurement distance x. As apparent from the figure, in the case of the bulk type lens according to the embodiment of the present invention, the measurement points are clearly plotted on the line indicating the inverse square law, that is, 1 / x 2 . On the other hand, it can be seen that the conventional thin lens (biconvex lens) 101 deviates from the inverse square law.
This result shows that the bulk lens 20 is sufficient in parallelism, and can achieve performance that is not inferior to that of the conventional lens system.
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。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the geometric structure of the bulk lens used in the present invention (first embodiment) and the light collection rate. Here, the “condensation rate” is “amount of output light at a divergence angle within ± 1 ° from a bulk lens” as “amount of light at a divergence angle within ± 12 ° from a light source (LED)”. It is defined by the divided amount. That is, the amount corresponds to the beam diameter. The radius of curvature R of the top 3, the total length L of the bulk type lens, the medium length (distance between the lenses of the top and the ceiling) D, the inner diameter of the storage part (inner peripheral part system) r, the length of the curvature part Δ of the ceiling 2 As a parameter, the light collection rate was measured. Here, as shown in FIG. 2, the sign of Δ is defined as negative when the ceiling 2 is concave and defined as positive when convex.
FIG. 10 is a diagram showing a geometric structure of a bulk lens according to an embodiment of the present invention. From FIG. 9, in order to improve the light collection rate,
0.93 <k (R / L) <1.06 (2)
k = 1 / (0.35 · n -0.168) (3)
It is experimentally found that it is preferable to satisfy Here, n is the refractive index of the optical medium that is the material of the bulk lens. The radius Ro of the cylindrical portion of the bulk lens 20 and the curvature radius R of the top 3 are not necessarily equal.
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、25mm、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。
Next, a second structure example of the bulk type lens of the present invention will be described.
FIG. 11 is a diagram showing the structure of the bulk lens of the present invention in which the ceiling 2 is convex. 11, the bulk lens 22 is the same as the bulk lens 20 shown in FIG. 2 except that the shape of the ceiling portion 2 is different. The outer diameter 2Ro of the cylindrical portion of the bulk type lens 22 used for the measurement is 15 mmφ, the total length L of the bulk type lens is 25 mm, the distance D between the top and ceiling lenses is 16 mm, and the inner diameter r of the storage portion 6 is 5. The refractive index n of the 2 mm bulk lens is 1.54. The radius of curvature R of the top 3 of this bulk lens is 8.25 mm. The resin-molded LED 1 used for the measurement has an outer diameter of 5 mmφ.
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。 FIGS. 12A to 12C and FIGS. 13A to 13C are diagrams illustrating the relationship between the height Δ of the convex portion of the ceiling portion 2 and the beam intensity profile. The illuminance was measured at a distance x = 1 m from the light source. As can be seen from the figure, the light condensing characteristic can be obtained even when the ceiling 2 is a convex lens.
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LED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。 In this way, according to the light emitters according to the first and second embodiments used in the present invention, a desired irradiation as a light beam contributing to illumination can be achieved without requiring a large number of resin-molded LEDs 1. A light flux with an area can be secured and desired illuminance can be easily obtained. This illuminance is an illuminance that cannot be achieved by a conventionally known optical system such as a lens. Surprisingly, it could be realized with only one LED having the same illuminance as a thin flashlight using a halogen lamp currently on the market. Thus, according to the light emitter of the first embodiment used in the present invention, illuminance that cannot be realized by the conventional technique can be realized with a simple structure as shown in FIG.
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。 As the resin-molded LED 1 used for the light emitters according to the first and second embodiments used in the present invention, LEDs of various colors (wavelengths) can be used. However, white LEDs are natural to the human eye for lighting purposes as bicycle lights. White LEDs having various structures can be used. For example, three LED chips of red (R), green (G), and blue (B) may be stacked vertically. In this case, a total of six pins may be derived from the resin mold 14 corresponding to the LED chips of the respective colors, and the six pins are combined into two as the internal wiring of the resin mold 14 and used as external pins. May be a structure in which two are provided. If one electrode (ground electrode) is used in common, the number of external pins may be four. Also, if the drive voltages of the three LED chips of red (R), green (G) and blue (B) can be controlled independently of each other, any color can be mixed. It is possible to enjoy the change in hue.
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、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。 As the bulk type lens 20 of the luminous body according to the first and second embodiments used in the present invention, various types of glass such as transparent plastic materials such as acrylic resin, quartz glass, soda lime glass, borosilicate glass, lead glass and the like. Materials etc. can be used. Alternatively, a crystalline material such as ZnO, ZnS, or SiC may be used. Further, a material such as sol, gel, sol-gel mixture, or transparent rubber having flexibility, flexibility or stretchability may be used. Also, sol, gel, sol-gel mixture, etc. may be stored in a transparent rubber or flexible transparent plastic material. A transparent plastic material such as an acrylic resin is a suitable material for mass-producing the bulk lens 20. That is, once a mold is formed and molded by this mold, the bulk lens 20 can be easily mass-produced.
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、LED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LED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。
Next, modifications of the first and second embodiments will be described.
The bulk type lens used in the modified examples of the first and second embodiments can be used even with a light source that emits light from the side surface of the LED chip, such as an edge-emitting LED. Since the edge-emitting LED emits light from the side surface of the LED chip, when this LED chip is mounted on the bulk type lens of the first and second embodiments, a component that is perpendicularly incident on the inner peripheral portion 5 of the bulk type lens is present. Therefore, the amount of light scattered outside the bulk lens without being totally reflected increases.
The bulk type lenses of the modified examples of the first and second embodiments can obtain convergent light even with such a light source with extremely low loss.
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θd 、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θt 、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、θt 、φ、θ2の間には、
θt =φ+θ2 (5)
が成り立つ。また、図から明らかなように、θd 、θ1 、φの間には、
θd =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θt を有し、光源の発散角がθd 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 /n2 cos(θd +φ)}=θt (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(θd=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。
FIG. 14 is a diagram showing an optical path of a light beam when the inner peripheral portion 5 and the outer peripheral portion 9 of the bulk type lens of the present invention have an inclination.
In the figure, the divergence angle of the light source is θd, the inclination angle between the inner peripheral portion 5 and the outer peripheral portion 9 is φ, the total reflection angle of the outer peripheral portion 9 is θt, and the incident angle and the refraction angle of the light beam at the inner peripheral portion 5 are θ 1. And θ 2 , the refractive index of the optical medium of the bulk lens, and the refractive index of the storage portion (concave portion) 6 are n 2 and n 1 . The figure shows a state in which a light beam having a maximum light emission angle, that is, a divergence angle satisfies a total reflection condition with a tilt angle φ and is totally reflected.
In the inner periphery 5, according to Snell's law of refraction, between θ 1 and θ 2 ,
sin θ 1 / sin θ 2 = n 2 / n 1 (4)
Holds, but also, as is apparent from FIG, [theta] t, phi, between theta 2 is
θt = φ + θ 2 (5)
Holds. As is clear from FIG, [theta] d, theta 1, during the φ is
θd = 90 ° − (θ 1 + φ) (6)
The relationship holds. If θ 1 and θ 2 are eliminated from the above expressions (4), (5), and (6), the bulk lens has total reflection angle θt and the light source has a divergence angle of θd to totally reflect. As a relational expression that gives the necessary tilt angle φ,
sin −1 {n 1 / n 2 cos (θd + φ)} = θt (7)
Is obtained. That is, if the inner peripheral portion 5 and the outer peripheral portion 9 are inclined at an inclination angle φ satisfying the expression (7) or more, even if light is incident on the inner peripheral portion 5 vertically (θd = 90 °), total reflection is performed. Since the light is reflected to the top 3 or reflected from the bottom surface 7 and guided to the top 3, convergent light can be obtained.
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。
FIG. 15 is a diagram showing the configuration of the bulk lens.
FIG. 15A shows an example in which fine irregularities are provided on the surface of the inner peripheral portion 5 of the bulk lens 20. The unevenness has an inclination angle of φ or more that satisfies at least the expression (7), and the size of the unevenness may be about the light wavelength. Further, the unevenness only needs to be provided in the vicinity of the light source of the inner peripheral portion 5.
Such irregularities can be easily formed by polishing the surface of the inner peripheral portion 5 using an abrasive having an appropriate particle size.
FIG. 15B shows a state in which a light beam emitted substantially in the lateral direction is totally reflected inside the bulk lens or reflected by the bottom surface 7 and totally reflected by the side wall and guided to the top portion 3. Thus, for example, even when using an LED that emits most of the emitted light from the side surface of the chip, such as an edge-emitting LED, all the emitted light can be converged.
Furthermore, since the lens unit and the storage unit for storing the light source are integrally formed, there is no need for a holding unit for optically aligning and holding the lens and the light source, which is necessary in the conventional lens system. In addition, since the optical alignment process is not required and only the light source is covered, the cost is extremely low.
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。 Next, an example of the bicycle light of the present invention will be described by illustrating the configuration of the power generation unit 30. 16 is a perspective view showing a bicycle light 111 according to an embodiment of the present invention, FIG. 17 is a sectional view of FIG. 16, and FIG. 18 is a perspective view showing a state in which the bicycle light is attached to the bicycle. .
図17に示すように、自転車用ライト111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44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。 As shown in FIG. 17, the bicycle light 111 includes a plurality of bulk lenses 20, a light source 1 housed in a housing portion (concave portion) 6, and a circuit 41 inside a resin-molded case 40. The circuit board 42 mounted, a cylindrical coil 43, a magnetic body 44 inserted into the cylinder, and a magnet 50 disposed outside the case 40 are configured.
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。
The case 40 has a light exit opening at its end, and a drip-proof cover 45 for drip-proof the light source is fitted into the light exit opening. The drip-proof cover 45 is made of an acrylic plate or a plastic plate with good light transmission.
As shown in FIG. 17, each bulk lens 20 is attached by inserting the bottom portion 7 into a hole 46 a formed in a lens fixing plate 46 fitted in the case 40. 20 and the lens fixing plate 46 are fixed by adhesion or melting.
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。
The circuit 41 is designed to supply the same voltage (current) to each of the plurality of light sources 1, and the circuit 41 and the coil 43 are short-circuited by wiring members 47 and 47. Each light source 1 connected to the circuit 41 is inserted into the hole 46 a of the lens fixing plate 46 and accommodated in the accommodating portion (concave portion) 6 of the bulk type lens 20.
In addition, although the coil 43 is formed in the cylindrical shape of N (> 0) winding, you may form in a rectangular parallelepiped shape.
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401,402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40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。 As shown in FIG. 17, the end of the case 40 that faces the light exit port can be separated in order to sandwich the bicycle shaft 60. That is, the holding part 40a which can be attached or detached with the volt | bolt 48a and the nut 48b is attached to the edge part of the case 40. As shown in FIG. Grooves 401 and 402 for sandwiching the bicycle shaft 60 are respectively provided in the surface where the holding portion 40a and the case 40 come into contact with each other. The bicycle shaft 60 is sandwiched between the case 40 and the sandwiching portion 40a, that is, the fixing hole formed by the groove 401 and the groove 402, and the case 40 and the sandwiching portion 40a are fixed by the bolt 48a and the nut 48b. The case 40 is attached to the bicycle. In addition, each case 40 and the clamping part 40a are formed with a dent 49 so that the bolt 48a and the nut 48b do not protrude to the outside.
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43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。
Next, the coil 43 and the magnetic body 44 are provided in the case 40 so that their cylindrical axes are perpendicular to the rotation surface of the wheel, and the case 40 is fixed to the coil 43 and the magnetic body 44 therein. The resin is molded as described.
On the other hand, the magnet 50 provided outside the case 40 is a permanent magnet, such as (1) strontium / ferrite magnet, (2) samarium / cobalt magnet, (3) neodymium / iron / boron magnet, (4) samarium / iron / Nitrogen magnets, (5) alnico magnets, and the like can be used.
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ている。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50,50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。 As shown in FIG. 19, the magnet 50 is formed in a disk shape, and the two magnets 50 are attached to one side of a high-permeability plate 51 such as pure iron, silicon steel, or directional silicon steel as a whole. It is formed to have a horseshoe shape. The two magnets 50 attached to the plate 51 are attached such that the surface exposed to the outside is a counter electrode. Further, as shown in FIGS. 17 and 20, the magnets 50 and 50 and the plate 51 are accommodated in a protective cover 52 to prevent adhesion of iron sand, water, etc., and together with the protective cover 52, the spokes 61 of the wheel are accommodated. It is attached. The protective cover 52 is separable into two parts, which sandwich the spokes 61 and integrate them with screws 53 or the like, so that the magnet 50 is attached to the spokes 61. The protective cover 52 is made of resin, Teflon (registered trademark), plastic, or the like. Further, as shown in FIG. 17, the plate 51 on which the magnet 50 shown in FIG. 19 is mounted is attached to the spoke 61 with the mounting surface of the magnets 50 and 50 facing the coil 43 or the magnetic body 44 side.
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40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。
On the other hand, the case 40 containing the bulk lens 20, the light source 1 and the like has a bicycle shaft 60 supporting a wheel to which a protective cover 52 is attached as shown in FIG. Installed close together. The magnet 50 is attached to the spoke 61 at a height position where the coil 43 and the magnetic body 44 are attached from the wheel shaft.
Further, as shown in FIGS. 16 and 21, when the spoke 61 with the protective cover 52 attached is closest to the coil 43, the case 40 and the magnet 50 in which the coil 43 and the magnetic body 44 are stored are stored. It is desirable to design the gap L1 between the protective cover 52 and the protective cover 52 to be 1 mm to 5 mm.
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。 As an example of attachment of the protective cover 52 and the magnet 50 shown in FIG. 18, an example is shown in which one is attached to each of the two spokes 61, 61 that connect the wheel ring and the axle shaft. You may attach the protective cover 52, the magnet 50, and the board 51 to a spoke.
上述の如く構成された自転車用ライト111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。
The operation of the bicycle light 111 configured as described above will be described.
The magnet 50 housed in the protective cover 52 rotates around the axle shaft as the wheel rotates, and moves circularly. As shown in FIG. 21, a case containing the coil 43 and the magnetic body 44 is accommodated. Cross the side of
At that time, the magnetic flux passing through the cylinders of the coil 43 and the magnetic body 44 changes. Thus, when one magnet 50 crosses the side of the case 40, an electromotive force is generated in the coil 43. Here, FIG. 22 is a graph showing an electromotive force generated when two protective covers 52 cross the side of the case 40. This electromotive force is supplied to the light source 1 to emit light. The light emitted radially from the light source 1 is collected by the bulk lens 20, and light with high illuminance is irradiated to the outside via the drip-proof cover 45.
Further, when the magnets 50 are attached to the plurality of spokes 61, the number of the magnets 50 that cross the side of the case 40 becomes plural as the wheel rotates, so that the electromotive force generated in the coil 43 is continuous as shown in FIG. become.
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50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。
As described above, according to the bicycle light 111 according to the embodiment of the present invention, since the LED or the like is used as the light source 1, the power consumption can be reduced as compared with the light bulb, and therefore the generator can be reduced. Moreover, since the light emitted from the light source 1 is condensed by the bulk lens 20 and emitted to the outside, light with high illuminance can be obtained.
Furthermore, the bicycle light 111 is configured to supply an electromotive force based on a change in magnetic flux to the light source 1 as the power generation unit 30 by the coil 43, the magnetic body 44, and the magnet 50. Since there is no friction between the tire and the tire, the bicycle pedal can be stepped lighter than when the conventional roller is in contact with the tire.
In addition, since the power consumption of the light source 1 is 1/10 to 1/100 that of a light bulb, a generator having a simple structure including the coil 43, the magnetic body 44, and the magnet 50 as described above may be used. It can be configured with a simple structure.
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71、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112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。
Next, another embodiment of the present invention will be described.
In addition, since what shows the same code | symbol as used in said description is the same as the above, the description is abbreviate | omitted.
FIG. 24 is a diagram showing the internal structure of a bicycle light 112 according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 24, the bicycle light 112 has a bulk lens 20, a coil 43, The magnetic body 44, the diode 71, the capacitor 72, and the control unit 73 are provided. The sensor 74 is short-circuited with the control unit 73, and the magnets 50 and 50 and the plate 51 are attached to the wheel spokes 61. .
In FIG. 24, the description of the circuit 41, the circuit board 42, the drip-proof cover 45, etc. shown in FIG. 17 is omitted, but the bicycle light 112 may be configured by incorporating them. 24 illustrates a case where the light source 1 and the bulk type lens 20 are provided one by one, but a plurality of the light sources 1 and bulk type lenses may be provided as shown in FIG.
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。 The diode 71 shown in FIG. 24 converts the alternating current sent from the coil 43 into a direct current, and the capacitor 72 converts the alternating current sent from the coil 43 into a direct current and supplies it to the light source 1. It is. The sensor 74 is a photosensor that detects natural light other than the light of the light source 1, and for example, a photodiode can be used. The control unit 73 performs control to send the voltage (current) supplied from the coil 43 to the light source 1 based on the signal from the sensor 74. For example, a signal is sent from a photodiode as the sensor 74. In this case, the voltage (current) from the coil 43 is not supplied to the light source 1. Specifically, when the sensor 74 detects natural light such as sunlight, the light source 1 does not emit light.
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73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。
According to the bicycle light configured as shown in FIG. 24, by providing the diode 71, the light source 1 such as an LED can be reliably prevented from being damaged by an alternating current, and by providing the capacitor 72, An alternating current can also be used as energy for the light source 1 to emit light effectively. Further, by providing the sensor 74 and the control unit 73, the light can be switched on and off automatically.
Note that the bicycle light may be configured without the control unit 73 and the sensor 74, or may be configured without the control unit 73, the sensor 74, and the condenser 72.
上記説明では、自転車用ライト111,112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26(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。
In the above description, the case where the plurality of bulk lenses 20 provided in the bicycle lights 111 and 112 are separately provided is shown. However, as shown in FIG. The bulk type lens 20A may be used.
FIGS. 26A and 26B are front views showing a configuration example of the bulk type lens 20A according to the example of the present invention, respectively. The bulk type lens 20A shown in FIG. The mold lens 20 is radially formed and integrally formed. The bulk lens 20A shown in FIG. 26B is configured by integrally arranging three bulk lenses 20 in series.
Also by the bulk type lens 20A shown in FIGS. 26A and 26B, the light emitted from each light source 1 can be condensed and emitted to the outside.
The bicycle light shown in FIG. 25 can also be configured to sandwich the bulk type lens 20 </ b> A using an O-ring at the light exit of the case 40.
In addition to the above-described details, the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention.
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転車用ライト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Ceiling part 3 Top part 4 Optical medium 5 Inner peripheral part 6 Recessed part 7 Bottom part 8 Spacer 9 Outer peripheral part 20 Bulk type lens 30 Power generation part 40 Case 40a Clamping part 41 Circuit 42 Circuit board 43 Coil 44 Magnetic body 50 Magnet 60 Bicycle axis 61 Spoke 71 Diode 72 Condenser 73 Control Unit 74 Sensor 100, 111, 112 Bicycle Light Using Bulk Lens
Claims (1)
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。 A bulk type lens, a light source housed in the bulk type lens, and a power generation unit that supplies current to the light source based on an electromotive force generated by a change in magnetic flux of the magnet,
The bulk type lens is formed of an optical medium having a top, a bottom, an outer periphery, and a recess formed by a ceiling and an inner periphery formed from the bottom toward the top. Is a storage portion for the light source, the ceiling portion as a first lens surface, the inner peripheral portion as a light incident surface, the outer peripheral portion as a total reflection surface, the bottom portion as a reflection surface, and the top portion. Functions as a second lens surface, a bicycle light using a bulk lens.
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