專利名稱：自行車用前照燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自行車用前照燈，更具體地說是涉及以發(fā)光二極管為光源的自行車用前照燈。
然而，白熾燈泡發(fā)熱，所以缺點是未作為光源使用的熱能損失比例高，電池壽命短。另外，雖然為確保足夠長的壽命，可以使用大容量的電池，但因為重量增加，所以只能在一定的限度內(nèi)增加電池容量。進(jìn)而，存在白熾燈泡本身的壽命短的問題。
可克服白熾燈泡的缺點的光源有發(fā)光二極管(LEDLight Emitting Diode)。由于LED利用半導(dǎo)體結(jié)合部中的載流子的再結(jié)合發(fā)光，所以不伴隨發(fā)熱。因此，可提高能源效率，大幅度延長電池壽命。進(jìn)而，LED的壽命本身也比白熾燈泡長，所以不僅限于自行車的前照燈，還應(yīng)用于許多的光源。
自行車用前照燈應(yīng)當(dāng)滿足的性能多種多樣，但最重要的性能是例如10m前方的正面附近的照度。在各種標(biāo)準(zhǔn)中明確記載了這種重要的性能。例如在ISO(International Organization for Standardization，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)6742-1中，對于圖7所示的自行車，標(biāo)明了圖8所示的前方規(guī)定距離的配光(光分布)特性標(biāo)準(zhǔn)。而且，前方規(guī)定距離的照度和表示光源強度的光度是對應(yīng)的，如下面所述，自行車前照燈的配光特性在多數(shù)場合下都是采用光度來加以規(guī)定。
(a)在對應(yīng)于10m前方的前照燈軸線的位置A處光度為400cd以上。
(b)從前照燈看，在距離點A的左右4°、上下1°的矩形范圍內(nèi)，光度為最大光度Imax的一半以上。
(c)在距離中心超過3.5°的上側(cè)的區(qū)域C中光度為120cd以下。
有關(guān)該光度分布的規(guī)定，是按夜間從10m前方能辨別對方且對面的步行者及騎車人不感覺晃眼來決定的。減小C區(qū)的光度為的是使對面的車不感覺晃眼。
上述的配光特性，特別是對應(yīng)于前照燈軸線的正面中央的光度，使用通常的LED是不可能實現(xiàn)的。
圖9是表示在1m的距離中測定各部分的光度的圖。最高光度是24.8cd，在對應(yīng)前照燈中心的主要區(qū)域達(dá)到20cd以上。但是，在中心部A滿足上述的標(biāo)準(zhǔn)所示的400cd是不可能的。


圖10是表示使用3個LED的自行車用前照燈的剖面圖。在圖10中，3個LED101、102、103是窄角射光型LED，從該LED向前方射出例如半幅值為15°的光。在半幅值為15°的光中，向前方射出的光的中心的峰值的一半的光具有從其中央的方向起15°的全擴散幅度。通常的LED射出的光具有比其更大的擴散幅度。因此，可以說上述的窄角射光型LED是具有良好的方向性的LED。
另外，在圖10所示的自行車用前照燈中，在各LED上設(shè)有從后方圍繞LED的凹面(拋物面)反射鏡141、142、143。從LED射出的光的大部分從LED直接向前方行進(jìn)。但是，擴散成比其更大的廣角并射出的光，被以從LED的后方圍繞的方式配置的凹面反射鏡141、142、143向前方射出。因此，可以不產(chǎn)生無用的光而把光集中到前方。
但是，被凹面反射鏡改變行進(jìn)路線的以外的光，即從LED射出的光，不改變行進(jìn)路線照直向前方行進(jìn)。作為照射10m前方的自行車用前照燈，即使從LED射出的光是窄角的，該不改變行進(jìn)路線向前方射出的光也會有很大的擴散。
圖11表示在5m前方測定自行車用前照燈的照度并換算成光度的分布。把LED增加到3個，中心的最高光度Imax也只是97.5cd，在中央?yún)^(qū)域為80cd以上。因此，對于上述的標(biāo)準(zhǔn)中的中心點A的光度400cd還是一個差得很遠(yuǎn)的值。
LED能效高、壽命長、且有益于小型化，因此希望采用LED開發(fā)出滿足上述的標(biāo)準(zhǔn)等各種配光特性的自行車用前照燈。
本發(fā)明的自行車用前照燈，是安在自行車上的自行車用前照燈。該自行車用前照燈包括(c1)保持光源、并設(shè)有使從光源射出的光向前方射出的開口的框體；(c2)作為光源而相鄰配置的多個發(fā)光二極管；(c3)對各個發(fā)光二極管在開口側(cè)各配置1個、對來自發(fā)光二極管的光進(jìn)行聚光的聚光透鏡。
利用這種構(gòu)成，能夠把來自多個LED的光聚集在前方的規(guī)定位置，增大其位置的配光分布，特別是前照燈的光軸附近的照度。另外，在僅具有圍繞LED的后方配置的反射鏡的場合，LED只能使用射光分布狹窄的窄角射光型LED。對此，通過配置透鏡，不僅是窄角射光型LED，還能使用廣角射光型的LED。從小型化這一點上看，希望使用能夠利用聚光透鏡整體進(jìn)行聚光的廣角射光型LED。通過使用廣角射光型LED，能夠放寬對LED的精度。
而且，相鄰配置的LED也可以是多個LED排成1列或多列，也可以是集中隨機密排。
該透鏡可以是聚光透鏡，也可以使用凸透鏡及菲涅爾透鏡。
上述自行車用前照燈，可以有3個以上LED，各LED至少能與其他2個LED相鄰配置。
作為至少與其他2個LED相鄰的配置，相當(dāng)于(d1)3個以上LED的環(huán)狀配列，(d2)相當(dāng)于多級配列中規(guī)定的配列的場合。例如相當(dāng)于最終級及第1級的LED數(shù)與其相鄰級的LED數(shù)有2個以上不同，不放在一邊而對LED進(jìn)行配列的場合。通過將多個LED進(jìn)行上述的密排配置，能夠?qū)崿F(xiàn)前照燈的小型化，并可以增大規(guī)定距離前方的配光分布，特別是前照燈光軸附近的照度。
上述自行車用前照燈可以具有位于多個發(fā)光二極管的配列的端部的發(fā)光二極管的光軸，越朝向前方，(a1)越傾向于接近自行車用前照燈中心的正面前方，并且(a2)越傾向于遠(yuǎn)離正面前方之一的配置，以滿足規(guī)定距離前方的配光特性。
利用這種構(gòu)成，在滿足中心的規(guī)定的光度的同時，容易對規(guī)定距離前方的前照燈光軸附近的規(guī)定區(qū)域的照度分布即光度分布或配光特性進(jìn)行調(diào)節(jié)。為此，容易滿足考慮安全性制定的、有關(guān)規(guī)定距離前方的規(guī)定區(qū)域的照度分布的各種的標(biāo)準(zhǔn)。在上述(a1)的場合，能夠調(diào)節(jié)配光特性，使來自端部的LED的光束，在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的規(guī)定距離前方的眼前的適當(dāng)位置交叉，在規(guī)定距離前方具有適當(dāng)?shù)臄U散。在規(guī)定的場合，有時也使端部的光軸像(a2)那樣傾向于外側(cè)。
在上述自行車用前照燈中，能夠?qū)Χ鄠€LED進(jìn)行多級配置。通過對多個LED進(jìn)行多級配置，容易增大前照燈的對應(yīng)中央位置的照度，且實現(xiàn)前照燈的小型化。
在上述自行車用前照燈中，配置5個LED，能夠?qū)⑵?個二極管配列為2級。
利用這種構(gòu)成，例如容易把2個LED的級和3個LED的級進(jìn)行疊加，在前方的對應(yīng)中央位置確保規(guī)定的照度。
圖2是表示本發(fā)明的實施例的自行車用前照燈的透視圖。
圖3是從圖2的自行車用前照燈的前方觀看的正視圖。
圖4是圖3的沿IV-IV線的剖面圖。
圖5是圖3的沿V-V線的剖面圖。
圖6是表示本發(fā)明的實施例的自行車用前照燈的配光特性的計算值的圖。
圖7是表示一般的自行車的圖。
圖8是表示光度標(biāo)準(zhǔn)例的圖。
圖9是表示1個LED的配光特性的圖。
圖10是表示用3個LED、在各LED上配置凹面反射鏡的現(xiàn)有的自行車用前照燈的圖。
圖11是表示圖10的自行車用前照燈的配光特性的圖。
在圖1中，光源用3個LED1、2、3進(jìn)行相鄰配置，在各LED的前方設(shè)有聚光透鏡11、12、13。LED使用例如半幅值50°的廣角射光型。另外，聚光透鏡可以使用凸透鏡及使凸透鏡的厚度依次轉(zhuǎn)入同心圓狀中去除作為連續(xù)體的菲涅爾透鏡。從廣角射光型LED射出的光照射在聚光透鏡上，聚光為規(guī)定的程度射出。通過對每個LED各配置1個聚光透鏡，從聚光透鏡11、12、13射出的光會聚成近于平行光線的光束。通常10m前方的照射面S等的配光特性有問題，所以使之具有規(guī)定的擴散，照射面S上3個LED射出的光形成部分的重疊。
在圖1中，在D1上顯示1個LED射出的無重疊的光束，在D2上顯示2層重疊的部分，在D3上顯示3層重疊的光束。從LED射出的光不具相干性，所以不存在光束的重疊產(chǎn)生干涉的情況。因此，光的重疊不產(chǎn)生干涉條紋，形成與通常的白熾光等同樣的亮度。因此，在圖1中，照射面S的D3的區(qū)域最明亮。
例如在10m前方，能夠按照要求的區(qū)域D3的大小及照度，設(shè)定LED數(shù)、經(jīng)過聚光透鏡后的光束的擴散等。在使用3個LED、從LED的后方圍繞配置凹面反射鏡的前照燈中，使用窄角射光型LED向前方射出的光，因為半幅值是15°左右，所以太寬，區(qū)域D3過于擴散，不能有效地增大正面照度。另外，為了把LED的射出角度設(shè)定得更狹窄，以增大10m前方的正面照度，需要超過對于微小尺寸的LED的工作精度的高精度，實際上是不能實現(xiàn)的。
按本發(fā)明那樣將LED進(jìn)行多個相鄰配置，對每個LED設(shè)聚光鏡，就能夠根據(jù)前方照射面的距離及要求的正面照度，把來自各LED的光的擴散會聚在規(guī)定的角度范圍中。其結(jié)果，容易進(jìn)行使前方照射面的配光特性滿足要求性能的控制。
如圖2所示，在本實施例中，5個LED1、2、3、4、5配列為2層。上層配列3個LED1、2、3，下層配列2個LED4、5。配置在LED的前面的聚光透鏡的描述為方便說明作了省略，但實際上各LED都配置了1個聚光透鏡。各LED由配置在每個LED的筒狀支持部21、22、23、24、25進(jìn)行支持。省略說明的聚光透鏡固定在各筒狀支持部的上端。進(jìn)而，為防止與走行中的異物發(fā)生沖撞，在其前方配置了支持在框體的光源收容部31a上的透光板35?？蝮w31由收容發(fā)光部的光源收容部31a和收容電池(未圖示)的電池收容部31b構(gòu)成。當(dāng)然，不需要把電池收容部和光源收容部做成便于識別的形狀，可以是連續(xù)性的筒狀框體。另外，在電池收容部的后端設(shè)有按扣式開關(guān)(未圖示)。
上述的聚光透鏡，可以使用玻璃透鏡及塑料透鏡等任意的透鏡。另外，筒狀支持部使用各種塑料。透光板35使用透明塑料板，框體31考慮到實用性使用著色的各種塑料。
圖3是從前方觀察圖2的自行車用前照燈的正視圖。在最里面配置LED1、2、3、4、5，筒狀支持部21、22、23、24、25圍繞在其周圍。在筒狀支持部的上端安有聚光透鏡11、12、13、14、15。在其面前，保護(hù)用的透光板35的周圍固定在光源收容部31a上。在光源收容部31a的內(nèi)面沒有特設(shè)反射膜等。
圖4是圖3的沿IV-IV線的剖面圖。聚光透鏡11、12、13是菲涅爾透鏡。各LED1、2、3與回路基板33實行電氣連接。在回路基板33上配置可以進(jìn)行其電氣連接的間隔件18。進(jìn)而，利用LED支架51、52、53使每個LED固定。LED支架51、52、53還分別配合在筒狀支持部21、22、23上。
在圖4中值得注意的是，兩端的LED1、3的光軸向內(nèi)側(cè)傾斜1.5°。這樣，通過使位于端部的LED的光軸向內(nèi)側(cè)傾斜，在滿足中心的規(guī)定的光度的同時，容易對規(guī)定距離前方的前照燈光軸附近的規(guī)定區(qū)域的照度分布，即光度分布或配光特性進(jìn)行調(diào)節(jié)。如本實施例所示，在端部的LED的光軸向內(nèi)側(cè)傾斜的場合，通過使來自端部的LED的光束在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的規(guī)定距離前方的眼前的適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行交叉，使之在該規(guī)定距離前方具有適當(dāng)?shù)臄U散，能夠?qū)ε涔馓匦赃M(jìn)行調(diào)節(jié)。為滿足規(guī)定的配光特性，有時也使端部的光軸與本實施例的傾斜方向相反，向外側(cè)傾斜。
如上述所述，各LED及筒狀支持部的傾斜，可以使用間隔件18和LED支架51、52、53進(jìn)行高精度的設(shè)定和固定。LED支架使用未圖示的多個輪轂保持規(guī)定的傾斜，并固定在間隔件18上。在各LED的根部也可以配置O型環(huán)狀的緩沖墊，使上述夾持的設(shè)定及支持容易實施。
圖5是圖3的沿V-V線的剖面圖。各LED與圖4一樣，利用位于回路基板33上的間隔件18及LED支架54、55保持規(guī)定的傾斜，進(jìn)行固定。兩端的LED4、5的光軸向內(nèi)側(cè)傾斜3°。圖5所示的LED的傾角比圖4的場合還大，是為了像上述那樣通過在上層下層對光束交叉位置進(jìn)行獨立的更加細(xì)致的調(diào)節(jié)，來滿足要求的配光特性的緣故。
圖6是表示使用圖2所示的前照燈照射10m前方的照射面時的配光特性的計算值的圖。大家知道，這種配光特性的計算值是以良好的精度表示實測結(jié)果的。最高光度Imax是583.0cd，在中心位置A的附近滿足標(biāo)準(zhǔn)值400cd以上自不必說，并充分地達(dá)到500cd以上。
根據(jù)上述的實施例，通過對本發(fā)明的多數(shù)的LED進(jìn)行相鄰配置，對其每個LED設(shè)置聚光透鏡，能夠很容易地增大前方規(guī)定距離的照度。另外，還很容易滿足規(guī)定的配光分布。
權(quán)利要求
1.一種自行車用前照燈，在安裝于自行車上的自行車用前照燈(10)中，包括保持光源、并設(shè)有把來自上述光源的光向前方射出的開口的框體(31)；作為上述光源的相鄰配置的多個發(fā)光二極管(1、2、3、4、5)；對上述發(fā)光二極管在上述開口側(cè)分別配置1個、對來自上述發(fā)光二極管的光進(jìn)行聚光的聚光透鏡(11、12、13、14、15)。
2.權(quán)利要求1記述的自行車用前照燈，上述發(fā)光二極管有3個以上，各個發(fā)光二極管至少與另外兩個發(fā)光二極管相鄰配置。
3.權(quán)利要求1記述的自行車用前照燈，位于多個發(fā)光二極管的排列的端部的發(fā)光二極管的光軸為滿足規(guī)定距離前方的配光特性，具有越朝向前方，越傾向于接近上述自行車用前照燈中心的正面前方及越傾向于遠(yuǎn)離上述正面前方之一的配置。
4.權(quán)利要求1記述的自行車用前照燈，上述多個發(fā)光二極管進(jìn)行多層配置。
5.權(quán)利要求1記述的自行車用前照燈，上述發(fā)光二極管配置5個，其5個二極管配列成2層。
全文摘要
本發(fā)明使用能效良好的LED，可以使前方規(guī)定距離的中心位置的照度達(dá)到十分的高，且得到容易滿足規(guī)定的配光分布的自行車用前照燈。安在自行車上的自行車用前照燈(10)，包括框體(31)；相鄰配置的多個LED(1、2、3、4、5)；對多個LED分別在開口側(cè)各配置1個透鏡(11、12、13、14、15)。
文檔編號F21Y101/02GK1450300SQ03131219
公開日2003年10月22日 申請日期2003年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月8日
發(fā)明者本賢 申請人:株式會社貓眼