CN105940261B - 照明装置以及搭载有该照明装置的机动车 - Google Patents

照明装置以及搭载有该照明装置的机动车 Download PDF

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Abstract

照明装置(130)具有多个LED(101)、与各LED(101)对应配置的透镜单元(103)，其中，透镜单元(103)具有透光透镜(104)、第一全反射透镜(105)以及第二全反射透镜(115)，透光透镜(104)的入射面以及出射面、第一全反射透镜(105)和第二全反射透镜(115)的入射面、出射面以及全反射面是双轴的变形非球面，在透光透镜(104)的入射面以及出射面中的至少一个面形成有微小透镜阵列(116)，在第一全反射透镜(105)和第二全反射透镜(115)的出射面、全反射面以及入射面中的至少一个面形成有微小透镜阵列(116)，微小透镜阵列(116)是微小透镜周期性排列的构造，并且沿着照明装置(130)的上下方向和左右方向排列。

Description

照明装置以及搭载有该照明装置的机动车
技术领域
本发明涉及以发光二极管(LED)等固体发光元件为光源的车辆用灯具等照明装置以及搭载有该照明装置的机动车。尤其是，本发明涉及在白天使其他车辆的驾驶员或者行人等能视觉确认自己的车辆的存在的车辆用灯具(所谓的日间行驶灯(DRL)、日间行车灯、日间灯)以及搭载有该车辆用灯具的机动车。
背景技术
DRL当前在欧洲等制定有规格，美国等也依照该规格。在DRL中，谋求光的扩散为相对于上下方向而左右方向的范围大的扩散。
作为现有的日间行驶灯(DRL)，具有使用透镜或者反射镜将光源的出射光直接向正面方向射出的日间行驶灯。例如，通过对头灯的远光束进行减光，来改变LED阵列的发光量或者发光数以成为日间行驶用的配光(例如，参照专利文献1)。
图19是示出专利文献1所记载的现有的日间行驶灯的图。在图19中，日间行驶灯采用与头灯共享的方式，由具有多个LED的LED阵列11和透镜12构成。从LED阵列11射出的光被透镜12校准。从靠近透镜12的光轴的LED发出的光成为光轴方向即正面方向的光，并从透镜12射出。另一方面，从远离透镜12的光轴的LED发出的光成为向左右方向的光，并从透镜12射出。这样，在图19所示的日间行驶灯中，通过调整LED阵列11的各个LED的光量来实现日间行驶用的配光。
另外，作为其他的日间行驶灯，还具有使用导光板而形成线状光源的日间行驶灯(例如，参照专利文献2)。
图20是示出专利文献2所记载的现有的日间行驶灯的图。在图20中，日间行驶灯由高输出LED13、导光板14、形成于导光板14的棱镜15构成。需要说明的是，在图20中，光16也被图示出。从高输出LED13射出的光射入导光板14，并在导光板14内全反射的同时进行传播。在导光板14内进行传播的光在射入棱镜15时，该光的一部分通过棱镜15而光路发生弯曲，与导光板14的传播的全反射条件偏离而向导光板14的外部射出。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-67417号公报
专利文献2：日本特开2012-169170号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在与头灯共享的方式的现有的日间行驶用的照明装置中，难以自由地改变该照明装置的外形形状。因此，在这种照明装置中，为了便于其他驾驶员以及行人视觉确认，例如，必须在车身的前方倾斜地配置为线状，因此存在配置的自由度低这样的问题。
另外，在使用有导光板的现有的日间行驶用的照明装置中，形成视觉确认性以及设计性优异的线状光源是容易的，配置的自由度也高。但是，这种照明装置存在光效率低这样的问题。具体地说，在使用有导光板的日间行驶用的照明装置中，由于产生从LED向导光板的入光时的损失、还产生从导光板取出光时的较大的光损失，因此光效率通常较低。
本发明用于解决上述那样的问题，其目的在于提供一种光效率高、配置的自由度高、视觉确认性优异的照明装置以及机动车。
解决方案
为了达成上述目的，本发明所涉及的照明装置的一方式为，照明装置具有：多个光源；以及分别位于所述多个光源的上部的多个透镜单元，其中，所述多个透镜单元分别具有：透光透镜，其分别位于所述多个光源的上部；第一全反射透镜，其在与所述多个光源的排列方向平行的方向上位于所述透光透镜的周边；以及第二全反射透镜，其在与所述多个光源的排列方向垂直的方向上位于所述透光透镜的周边，所述透光透镜的入射面以及出射面为双轴的变形非球面，所述第一全反射透镜和所述第二全反射透镜的入射面、出射面以及全反射面为双轴的变形非球面，在所述透光透镜的所述入射面以及所述出射面中的至少一个面形成有微小透镜阵列，在所述第一全反射透镜和所述第二全反射透镜的所述出射面、所述全反射面以及所述入射面中的至少一个面形成有微小透镜阵列，所述透光透镜、所述第一全反射透镜以及所述第二全反射透镜的所述微小透镜阵列为微小透镜周期性排列的构造，并且，沿着所述照明装置的上下方向和左右方向排列。
另外，本发明所涉及的机动车的一方式具备上述照明装置。
发明效果
根据本发明所涉及的照明装置的一方式，照明装置包括光源和由双轴的变形非球面构成的透镜单元，透镜单元的出射面以变形非球面成为包络线的方式形成有微小透镜阵列。由此，来自光源的出射光通过透光透镜以及全反射透镜的变形非球面而成为尺寸比各个出射面稍大的光束。
因此，在观察照明装置时，出射光以线状连续，因此来自照明装置的出射光通过微小透镜阵列而以宽角度范围形成均匀的光束。其结果是，能够实现具有高视觉确认性的照明装置。
另外，来自光源的出射光通过透光透镜和配置在该透光透镜的周边的全反射透镜而几乎全部向正面方向射出。其结果是，能够实现光效率高的照明装置。
另外，由于将多个光源和透镜单元排列地构成，因此通过改变这些构件的排列方向，能够减少向车身的配置位置的限制。换句话说，能够实现配置的自由度高的照明装置。
附图说明
图1A是示出实施方式1中的机动车的照明装置的位置的俯视图。
图1B是示出实施方式1中的另一机动车的照明装置的位置的俯视图。
图2是示意性地示出实施方式1中的照明装置的剖视图。
图3是以与X轴垂直的方向切断图2所示的照明装置时的剖视图。
图4A是从Z轴方向观察图1B所示的一个透镜单元时的俯视图。
图4B是图2的B-B线中的透镜单元的剖视图。
图5A是实施方式1中的透镜单元的出射面的放大图。
图5B是实施方式1中的透镜单元的出射面的放大图。
图6是示意性地示出实施方式1中的微小透镜阵列的局部放大图。
图7A是示出实施方式1的透镜单元处的光束的图。
图7B是示出实施方式1的透镜单元处的光束的图。
图8是示出向实施方式1中的微小透镜阵列射入的入射光束的扩散的图。
图9是示出从实施方式1中的微小透镜阵列的第二圆弧以及第四圆弧射出的光束的图。
图10是示出从实施方式1中的微小透镜阵列的第一圆弧以及第三圆弧射出的光束的图。
图11是示出从实施方式1中的微小透镜阵列射出的光束的图。
图12是示意性地示出变形例1中的照明装置的剖视图。
图13是示意性地示出变形例1中的另一照明装置的剖视图。
图14A是从正面观察实施方式1中的照明装置时的俯视图。
图14B是从正面观察变形例2中的照明装置时的俯视图。
图14C是从正面观察变形例2中的另一照明装置时的俯视图。
图14D是从正面观察变形例2中的又一照明装置时的俯视图。
图15是示意性地示出变形例3中的照明装置的透光透镜和全反射透镜的局部扩大剖视图。
图16是示意性地示出变形例4中的照明装置的剖视图。
图17是示意性地示出变形例5中的照明装置的微小透镜阵列的图。
图18A是示意性地示出变形例6中的照明装置的剖视图。
图18B是示意性地示出变形例6中的另一照明装置的剖视图。
图19是示出专利文献1所记载的现有的日间行驶灯的图。
图20是示出专利文献2所记载的现有的日间行驶灯的图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。需要说明的是，以下说明的实施方式均示出本发明优选的一具体例。因此，以下的实施方式中所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接方式等是一例，并非意在限定本发明。因而，关于以下的实施方式中的构成要素中的、表示本发明的最上位概念的独立权利要求所没有记载的构成要素，作为任意的构成要素而被说明。
另外，各附图是示意图，并非严格图示。因此，例如，在各附图中比例等不一定一致。需要说明的是，在各附图中，对实质上相同的结构标注相同的附图标记，省略或者简化重复的说明。
(实施方式1)
图1A以及图1B是在机动车150中示出实施方式1的照明装置130的位置的俯视图。在图1A以及图1B中，示出机动车150的前端部分。
如图1A以及图1B所示，照明装置130配置在机动车150的前方的左右。例如，在图1A中，照明装置130配置在机动车150的拐角的倾斜部分。另外，在图1B中，照明装置130配置在机动车150的正面所正对的部分。
照明装置130需要射出在从正面观察机动车150时为均质的光。因此，在照明装置130中，为了提高向人以及对面来车的被视觉确认性，优选使光的扩散在水平方向上比在上下方向上宽。
图2以及图3是示意性地示出实施方式1中的照明装置130的剖视图。图2以及图3中的剖面位置是穿过LED101的中心的位置。
在图2中，将纸面上侧设为Z轴方向、将右方向设为X轴方向、将纸面进深方向设为Y轴方向。在该坐标系中，Z轴正方向为正面(图1A以及图1B的机动车150的正面)，Y轴方向为上下方向，X轴方向为左右方向，XZ面为纸面。另外，图3是以与X轴垂直的方向切断图2所示的照明装置时的剖视图，是示出从X轴方向观察图2时的图。
如图2以及图3所示，照明装置130具有基板102、安装于基板102的多个LED(光源)101、与多个LED101分别对应配置的多个透镜单元103。在本实施方式中，多个透镜单元103分别位于多个LED101的上部(正上方)。照明装置130还具有位于多个透镜单元103的上部的保护罩110。
多个透镜单元103分别具有：与多个LED101分别对应配置的透光透镜104；以及在与透光透镜104相邻的位置处配置的全反射透镜105以及115(图3)。在本实施方式中，各透光透镜104分别位于多个LED101的上部。另外，全反射透镜105以及115(图3)位于透光透镜104的周边。
多个LED101在XZ面上大致等间隔地排列于基板102上。从各LED101射出配光与完全的扩散光接近的光。另外，各LED101分别射出大致相同的光束，以避免光源的不均。
<透光透镜104>
透光透镜104具有入射面(下表面)以及出射面(上表面)。透光透镜104的入射面以及出射面均为具有两个圆筒轴的双轴的变形非球面。在本实施方式中，透光透镜104的入射面以及出射面中的变形非球面的两个圆筒轴分别位于XZ面内和YZ面内。双轴的变形非球面是以使两个变形非球面的圆筒面相互正交的方式重叠的形状。
光束31是透过透光透镜104的光束。在透光透镜104的入射面处的折射作用下，光束31被扩大或者缩小。这样，在照明装置130中，透光透镜104的入射面使用双轴的变形非球面。因此，光束31在XZ面和YZ面这两者中，在透光透镜104的出射面上比透光透镜104的出射面稍宽。
透光透镜104的入射面的曲率被设定为，使该光的扩散为在邻接的全反射透镜105和全反射透镜115的出射面108以及112上形成的微小透镜阵列116的微小透镜(以后面的图5A、图5B进行说明)的0.5个周期～1个周期。
从透光透镜104射出的光束和从全反射透镜105、115射出的光束相互略微重叠。由此，形成在多个LED101的排列方向上连续的无缝隙的线状光源。
透光透镜104的出射面的曲率被设定为，使光束31朝向正面方向而被平行光化。其中，各LED101的发光面并非点光源而是具有大小的面光源，因此透光透镜104的出射光成为具有呈指向性的扩散的光束。
<全反射透镜105>
如图2所示，全反射透镜105(第一全反射透镜)在与多个LED101的排列方向平行的方向上位于透光透镜104的周边。在本实施方式中，全反射透镜105设于多个LED101的排列方向上的透光透镜104的两侧面部分。换句话说，全反射透镜105相对于一个透光透镜104而在该透光透镜104的两侧面设有一对。
更具体地说，一对全反射透镜105在多个LED101的排列方向(X轴方向)上与透光透镜104邻接，且是无光学界面而与透光透镜104一体形成的透镜。
全反射透镜105具有入射面、出射面以及全反射面106。全反射透镜105的入射面、出射面以及全反射面为双轴的变形非球面。
全反射透镜105的入射面的下端配置在LED101的发光面的高度附近，以使得LED101的光束尽可能多地射入全反射透镜105。
光束32是从LED101射入全反射透镜105的全反射面106的光束。
光束33是光束32由全反射面106反射并射入全反射透镜105的光束。
在全反射透镜105的入射面处的折射作用下，光束32被扩大或者缩小。这样，在照明装置130中，全反射透镜105的入射面使用双轴的变形非球面。因此，全反射透镜105的入射面的曲率被设定为，在XZ面和YZ面这两者中，使光束32成为在全反射透镜105的全反射面106上不超过全反射面106那样的大小。
另外，通过对全反射透镜105的全反射面106使用双轴的变形非球面，从而光束33在XZ面和YZ面这两者中比全反射透镜105的透光面稍大。
与从透光透镜104射出的光束相同地，在全反射透镜105的出射面中曲率被设定为，使光束朝向正面方向而被平行光化。
<全反射透镜115>
如图3所示，全反射透镜115(第二全反射透镜)在与多个LED101的排列方向垂直的方向上位于透光透镜104的周边。在本实施方式中，全反射透镜115在与多个LED101的排列方向正交的方向上设于透光透镜104的两侧面部分。换句话说，全反射透镜115相对于一个透光透镜104而在该透光透镜104的两侧面上设有一对。
具体地说，一对全反射透镜115在与多个LED101的排列方向正交的方向(Y轴方向)上与透光透镜104邻接，且是与透光透镜104无光学界面而与透光透镜104一体形成的透镜。
全反射透镜115具有入射面、出射面以及全反射面107。全反射透镜115的入射面、出射面以及全反射面为双轴的变形非球面。
全反射透镜115的入射面的下端配置在LED101的发光面的高度附近，以使得LED101的光束尽可能多地射入全反射透镜115。
光束35是射入全反射透镜115的光束，光束36是由全反射透镜115的全反射面107反射且进入出射面的光束。
与全反射透镜105的出射面(图2)相同地，在全反射透镜115的出射面中曲率被设定为，使光束朝向正面方向而被平行光化。
透光透镜104的入射面的面积和出射面的面积、全反射透镜105的入射面的面积和出射面的面积、以及全反射透镜115的入射面的面积和出射面的面积分别被设定为，使透光透镜104的出射面处的亮度、全反射透镜105(图2)的出射面处的亮度、全反射透镜115的出射面处的亮度大致相等。
例如，当各透镜的入射面的面积变大时，来自LED101的入射光束增多而出射面处的亮度变高。因此，通过缩小各透镜的入射面的面积、或者增大各透镜的出射面的面积，能够调整各透镜的出射面的亮度。
<透镜单元103>
如上所述，多个透镜单元103分别由透光透镜104、全反射透镜105、全反射透镜115形成。多个透镜单元103和多个LED101一对一地对应配置。
多个透镜单元103以在邻接的透镜单元103之间不存在光学界面的方式一体形成。透光透镜104、全反射透镜105以及全反射透镜115的材质由聚碳酸酯或者丙烯酸等透明树脂、或者玻璃等透光性材料构成。另外，照明装置1有时也暴露在太阳光下，因此透光透镜104、全反射透镜105以及全反射透镜115优选由耐气候性高的原材料形成。
图4A是在图1B中从Z轴方向观察一个透镜单元103时的俯视图。一个透镜单元103的出射面为大致方形，透镜单元103、全反射透镜105、全反射透镜115被组合形成。
图4B是图2的B-B线中的剖视图。各透镜单元103的外形是包围与该透镜单元103对应的LED101那样的形状，例如接近长方形的形状。在各透镜单元103中，在LED101的周边配置有全反射透镜105和全反射透镜115。由于全反射透镜105以及115的入射面为双轴的变形非球面，因此成为具有曲率的形状。
当透镜单元103的剖面形状作为圆形形状而形成入射面和全反射面时，在将来自LED101的光束在出射面上变换为长方形时，容易产生光损失。因此，在此使用全反射透镜105和全反射透镜115，将透镜单元103的入射面配置为接近长方形。
<出射面108、112>
图2的虚线所示的出射面108示出XZ面中的透镜单元103的出射面的剖面。出射面108由透光透镜104的出射面和全反射透镜105的出射面的剖面形成。
由图3的虚线所示的出射面112示出YZ面中的透镜单元103的出射面的剖面。出射面112由透光透镜104的出射面和全反射透镜115的出射面的剖面形成。
在透光透镜104的入射面以及出射面中的至少一个面形成有微小透镜阵列。另外，在全反射透镜105以及115的各个出射面、全反射面以及入射面中的至少一个面形成有微小透镜阵列。微小透镜阵列是微小透镜被周期性排列的构造，并且沿着照明装置130的上下方向和左右方向排列。以下，使用图5A以及图5B对该微小透镜阵列的一例进行说明。
图5A是出射面108的扩大剖视图，图5B是出射面112的扩大剖视图。
如图5A以及图5B所示，在出射面108以及112上形成有具有以周期S排列的多个微小透镜的微小透镜阵列116。出射面108以及112的包络线125为透光透镜104以及全反射透镜105的双轴变形非球面。
微小透镜阵列116中的微小透镜的排列方向与LED101以及透镜单元103的排列方向无关地，为照明装置130的上下方向以及左右方向。在出射面108和出射面112中，微小透镜阵列116中的各微小透镜的透镜曲率不同。
图6是微小透镜阵列116的上下方向的剖面形状的局部放大图。
如图6所示，微小透镜阵列116具有周期构造，由第一圆弧51、第二圆弧52、第三圆弧53以及第四圆弧54这四个圆弧形成。微小透镜阵列116中的四个圆弧中的相邻的两个圆弧之间以切线的倾斜度一致的方式连续。例如，相邻的两个圆弧彼此以切线的倾斜角相等的方式平滑地连接。需要说明的是，在图6中，第一圆弧51为谷侧，第三圆弧53为山侧，第二圆弧52和第三圆弧53形成斜面。
图6所示的虚线示出第一圆弧51与第二圆弧52的连接点处的切线。第一圆弧51和第二圆弧52的各圆弧间为相同倾斜度的切线即可。另外，通过使各圆弧间顺畅地变化，能够抑制光的不均。
需要说明的是，虽然对第二圆弧52和第三圆弧53、第三圆弧53和第四圆弧54、第四圆弧54和第一圆弧51没有图示，但与第一圆弧51和第二圆弧52的情况相同。
关于微小透镜阵列116的左右方向的剖面，也具有与上下方向相同的剖面构造。但是，由于改变在上下方向和左右方向上的光的扩散，因此周期、圆弧的曲率、以及圆弧的山与谷的高度在上下方向和左右方向上不同。
在照明装置130的上下方向和左右方向上，出射光的光束扩散不同。具体地说，在左右方向上比在上下方向上宽，从而提高视觉确认性。因而，微小透镜阵列116的四个圆弧的高度以及曲率在XZ面的剖面即出射面108和YZ面的剖面即出射面112不同。
具体地说，在影响左右方向的光束扩散的XZ剖面的出射面108中，增大第二圆弧52以及第四圆弧54的倾斜度。
另一方面，在影响上下方向的光束扩散的YZ剖面的出射面112中，减小第二圆弧52以及第四圆弧54的倾斜度。
通过设为上述那样的出射面108以及112，能够使左右方向的光束的扩散比上下方向的光束的扩散宽。
第二圆弧52以及第四圆弧54在减小倾斜角时，微小透镜阵列116的微小透镜的透镜高度变小，在增大倾斜角时，微小透镜阵列116的透镜高度变高。因此，透镜单元103的外观看起来大致为，在上下方向上具有较深的槽道，在左右方向上具有较浅的槽道。
需要说明的是，微小透镜阵列116在透镜单元103上设为至少2个周期以上即可，通过增多周期数，能够看到更为均匀的线状。
<保护罩110>
如图2以及图3所示，保护罩110是透明且具有大致均匀的厚度的透光性罩。在图2以及图3中，示出透镜单元103的出射面108以及112侧的剖面的一部分。保护罩110的材质为聚碳酸酯或者丙烯酸等透明树脂、或者玻璃等。保护罩110的材质具有耐气候性以及紫外线吸收效果即可。通过利用保护罩110来减少紫外线，能够减少向透镜单元103射入的紫外线所导致的损伤。
<光束31、光束33、光束36的扩散>
图7A是示出XZ面内的透光透镜104以及全反射透镜105的透镜内的光束31以及33的示意图。在图7A中，光束31以及33仅在中央部分的透镜处示出。
射入透光透镜104以及从透光透镜104射出的光束31被入射面的双轴的变形非球面扩大或者缩小，并进入透光透镜104的射出面。此时，变形非球面被设定为，使XZ面内的光束31的宽度W1比透光透镜104的射出面的宽度大至少微小透镜阵列116的1个周期的量、优选大2个周期的量以上。
同样，由全反射透镜105的全反射面106反射的光束33被全反射面106的双轴的变形非球面扩大或者缩小而进入全反射透镜105的射出面。此时，变形非球面被设定为，使XZ面内的光束33的宽度W3比全反射透镜105的射出面的宽度大至少微小透镜阵列116的1个周期的量、优选大2个周期的量以上。
图7B是示出在YZ面内的透光透镜104以及全反射透镜105的透镜内的光束31以及36的示意图。射入透光透镜104以及从透光透镜104射出的光束31被入射面的双轴的变形非球面扩大或者缩小而进入透光透镜104的射出面。此时，变形非球面被设定为，使XZ面内的光束31的宽度W1比透光透镜104的射出面的宽度大至少微小透镜阵列116的1个周期的量、优选大2个周期的量以上。
由全反射透镜115的全反射面107反射的光束36被全反射面的双轴的变形非球面扩大或者缩小而进入全反射透镜115的射出面。此时，变形非球面被设定为，使XZ面内的光束36的宽度W6在透光透镜104侧扩宽至少微小透镜阵列116的0.5个周期的量、优选扩宽1个周期的量以上。
<动作>
对像上述那样构成的照明装置130(日间行驶灯)的动作进行说明。
在图2以及图3中，从LED101射出的光束31进入在正上方配置的透光透镜104的入射面。由于透光透镜104的入射面为非球面变形面，因此光束31在透光透镜104的出射面上比透光透镜104的出射面稍大，并且，成为与邻接的全反射透镜105以及115稍微重叠的尺寸。另外，在透光透镜104的出射面108以及112处的折射作用下，光束31以扩散的中心方向成为正面方向的方式射出。由于在透光透镜104的出射面108以及112形成有微小透镜阵列116(图5A、图5B)，因此出射光成为在上下方向以及左右方向上扩散的光束。
<光束在微小透镜阵列116中的扩散>
图8～图11是说明光束在微小透镜阵列116中的扩散的图。微小透镜阵列116实际上形成于双轴的变形非球面上，但为了简化说明，在图8～图11中示出平面上的微小透镜阵列116的例子。
图8是示出向微小透镜阵列116射入的入射光束的扩散的图。由于向微小透镜阵列116射入的入射光束是使LED101的出射光平行光化了的光束，因此成为具有一定程度的指向性的光束。由于LED101的发光面小，因此透光透镜104以及全反射透镜105的焦距越长，光束的指向性越高。
图9是示出在图8的光束射入微小透镜阵列116时、从第二圆弧52和第四圆弧54(图6)射出的光束的扩散的图。
由于第二圆弧52和第四圆弧54相当于棱镜的倾斜面，因此具有改变光束的方位的作用。另外，由于第二圆弧52以及第四圆弧54具有曲率，因此还具有使光束扩散的作用。因此，从第二圆弧52射出的光束52h和从第四圆弧射出的光束54h成为使图8的光分布扩宽并使分布的方位横移而重叠的合成光束G。
图10是示出在图8的光束射入微小透镜阵列116时、从第一圆弧51和第三圆弧53(图6)射出的光束的扩散的图。
在从第一圆弧51射出的光束51h和从第三圆弧53射出的光束53h中，图2的光束在透镜作用下成为光分布扩宽的状态。
图11是示出从微小透镜阵列116射出的光束的图。在图11中，示出图9与图10的合成、换句话说、使从第一圆弧51～第四圆弧54射出的光束重叠时的光束的扩散。
光束52h和光束54h扩宽光束的扩散宽度。由光束51h和光束53h来填补光束的中央部分。
其结果是，能够以宽方位角射出均匀的合成光束G，能够提高照明的视觉确认性。
<全反射透镜105、115处的光>
在图2中，从LED101射出的向左右的倾斜光束32射入全反射透镜105。在XZ面内和YZ面内以不同的倍率被全反射透镜105的入射面的双轴的变形非球面扩大或者缩小。
所射入的光束32全部射入全反射透镜105，并被反射为光束33。全反射透镜105也为双轴的变形非球面。
光束33通过全反射透镜105的出射面而以略微变大的方式射出。全反射透镜105的出射光通过出射面而以光束的中心成为正面方向的方式射出。在全反射透镜105的出射面形成有微小透镜阵列116(图5A)。因此，与透光透镜104的出射光相同地，全反射透镜105的出射光成为在上下方向以及左右方向上扩宽的光束。
同样，在图3中，从LED101射出的向上下的倾斜光束35射入全反射透镜115。即，光束35从变形非球面射入并被全反射，从而成为光束36，利用形成于出射面的微小透镜阵列116(图5B)，成为在上下方向以及左右方向上扩宽的光束。
由于从透光透镜104射出的光束和从全反射透镜105以及115射出的光束相互略微重叠，因此形成在LED101的排列方向上连续的无缝隙的线状光源。
<光的整体的扩散>
当从正面观察照明装置130时，全反射透镜105、全反射透镜115以及透光透镜104成为方形形状。例如，当从正面观察照明装置130时，由两个全反射透镜105和两个全反射透镜115包围透光透镜104，并且，全反射透镜105、全反射透镜115以及透光透镜104整体成为方形形状。
在本实施方式中，如图4A所示，通过组合透光透镜104、全反射透镜105以及全反射透镜115，使透镜单元103的出射面的整体成为长方形。如上述说明的那样，来自LED101的光束通过各个透镜而以在各个透镜的出射面上相互略微重叠的方式被扩大或者缩小。
另外，由于调整各个透镜处的入射面和出射面的面积，因此各个透镜的出射面处的亮度变得相等。因而，通过对透镜单元103进行排列，能够形成均匀的线状光源。
另外，如图4B所示，使来自LED101的光束以入射面接近方形的形状射入透镜，通过使用双轴的变形非球面，能够几乎不产生光损失地使光束在方形形状的出射面上扩宽。
如以上说明的那样，照明装置130包括LED101、以及由双轴的变形非球面构成的透镜单元103。透镜单元103的出射面以变形非球面成为包络线125的方式形成有微小透镜阵列116(图5A、图5B)。由此，来自LED101的出射光通过透光透镜104与全反射透镜105及115的变形非球面而成为尺寸比各个透镜的出射面稍大的光束。
因此，当观察照明装置130时，由于出射光呈线状地连续，因此来自照明装置130的出射光通过微小透镜阵列116而以宽角度范围形成均匀的光束。其结果是，能够实现具有高视觉确认性的照明装置130。
另外，来自LED101的出射光通过透光透镜104和在其周边配置的全反射透镜105以及115，其大致全部向正面方向射出。由此，能够实现光效率高的照明装置。
另外，在照明装置130中，一个LED101和与该一个LED101对应的一个透镜单元103成对。因此，通过改变多个对的排列方向，能够减少向机动车150的配置位置的限制。换句话说，能够实现配置的自由度高的照明装置。
另外，在照明装置130中，全反射透镜105和全反射透镜115包围LED101。此外，全反射透镜105和全反射透镜115成为接近长方形的形状。
由此，所射入的光束在透镜单元103的出射面上变换为长方形的光束时，能够减少光损失。需要说明的是，当由剖面呈圆形的入射面和全反射面接受来自LED101的光束时，在出射面上将所射入的光束变换为长方形之际，容易产生光损失。
另外，在本实施方式中，透光透镜104的入射光束的大部分在双轴的变形非球面的作用下在出射面上进行无间隙地扩大或者缩小，并从该透光透镜104射出。另一方面，在全反射透镜105以及115中，入射光束的大部分也在双轴的变形非球面的作用下在出射面上进行无间隙地扩大或者缩小，并从该全反射透镜105以及115射出。由此，无需用于混合横跨多个透镜间的光束并将光束设为线状的光传播距离，因此能够降低透镜单元103的高度。
(变形例)
<光源>
在上述实施方式中，作为光源而使用了LED101，但作为光源，可以使用EL(Electoro Luminescence)元件等其他固体发光元件，也可以使用卤素灯等现有光源。
<配置>
在上述实施方式中，虽然LED101在平板的基板102上呈直线状地配置，但也可以在自由弯曲的柔性基板上配置LED101而将LED101呈曲线状地配置。
在上述实施方式中，将由LED101、基板102以及透镜单元103构成的光源单元配置于XZ面内(水平面配置)，但也可以将微小透镜阵列116的配置方向设为上下方向以及左右方向，并且将光源单元以任意的倾斜角配置。
例如，如图12所示，也可以使光源单元在LED101的排列方向上倾斜，即，在XZ面内倾斜。图12是示意性地示出变形例1中的照明装置的剖视图，例如，示出将实施方式1中的照明装置倾斜地配置时的图。
是与图2相当的图。此时，在能够利用透光透镜104的入射面充分地捕捉来自LED101的光束的情况下，可以减小LED101的排列方向的全反射透镜105的尺寸，或者像图12那样，也可以省略一对全反射透镜105中的一方，而仅在透光透镜104的单侧一方设置全反射透镜105。
另外，如图13所示，也可以使光源单元在与LED101的排列方向垂直的面内倾斜，即，在YZ面内倾斜。此时，在能够利用透光透镜104的入射面来充分地捕捉来自LED101的光束的情况下，也可以减小LED101的排列方向的全反射透镜115的尺寸。另外，也可以使光源单元在XZ面内以及YZ面内这两个面内倾斜。
图14A～图14D是示出从正面观察照明装置130时的透镜单元103的排列状态的图。透镜单元103的排列状态如图14A所示并不局限于在水平方向上排列的情况，如图14B所示可以在倾斜方向上排列，如图14C所示也可以呈曲线状地排列，如图14D所示还可以在上下方向上排列。
此时，通过将微小透镜阵列116的排列方向设为上下方向(即Y轴方向)、左右方向(即X轴方向)，能够在上下方向和左右方向上高效地扩宽光束的扩散。
<透镜形状>
在图3中，虽然在透光透镜104和全反射透镜115的出射面设置有高低差，但如图15所示，也可以减小高低差或者消除高低差。
需要说明的是，在LED101的排列间隔大的情况下，如图16所示，也可以将与全反射透镜105相同的结构的全反射透镜120追加于透光透镜104与全反射透镜105之间。换句话说，在实施方式1中的照明装置中，也可以增加全反射透镜。
<表面处理>
另外，虽然成本升高，但在除全反射面106以及107以外的部分中，通过对透镜单元103形成反射防止膜或者形成基于微细构造的反射防止构造，能够在每1面提高约4％左右的光强度，2面合计提高8％左右的光强度。
需要说明的是，全反射面106以及107也可以由铝蒸镀或者银蒸镀等来构成反射面。此时，反射率降低，但能够减少相对于污染的影响。
<透镜间连接>
透镜单元103通过将透光透镜104和全反射透镜105及115一体成形来形成，但可以将透光透镜104、全反射透镜105以及全反射透镜115由不同的构件制作，利用折射率与这些透镜大致相同的透明粘结剂来接合这些透镜。
需要说明的是，透光透镜104和全反射透镜105虽然相互无光学界面而形成为一体，但并不局限于此。例如，虽然组装性变差，但也可以使透光透镜104和全反射透镜105相互独立并在两者之间设置光学界面。
另外，多个透镜单元103间虽然相互无光学界面而形成为一体，但也可以将LED101和透镜单元103独立地设为1组，并在各透镜单元103间设置光学界面。通过按照透镜单元103来保持基板102，能够消除因基板102与透镜单元103的热膨胀率差导致的LED101与透镜单元103的位置偏移，因此能够防止光学特性的恶化，即光束向正面方向的降低化。
<透镜的排列>
在上述实施方式中，将LED101以及透镜单元103的配置以1列图示，但LED101以及透镜单元103也可以以2列以上的多列配置。
另外，LED101和透镜单元103的数量并不局限于所图示的数量。
另外，从光学设计的预期的优点出发，虽然将微小透镜阵列116的剖面由四个圆弧形成，但也可以进一步分割为4个以上的多个圆弧。或者，作为微小透镜阵列116的剖面，也可以使用非球面剖面。
另外，虽然将微小透镜阵列116的排列方向设为上下方向以及左右方向，但从照明装置130射出的光束的角度分布也可以在可允许的范围内绕Z轴旋转而形成。通过绕Z轴旋转，光束的角度分布也进行旋转。
另外，保护罩110在对透镜的污染不成为问题的情况下也可以省略。
另外，虽然将透光透镜104、全反射透镜105以及全反射透镜115的出射面处的光束宽度设为相互重叠有在邻接的透镜的出射面上形成的微小透镜的0.5～1个周期的量，但可以使光束重叠1个周期的量以上。但是，在该情况下，关于向邻接透镜射入的光束，由于向正面方向的光束变少，因此正面光束降低化。因此，光束的重叠优选为0.5～1个周期的量左右。
另外，虽然将微小透镜阵列116形成在出射面上，但形成在出射面、全反射面以及入射面中的任一个即可。但是，当在靠近LED101的一侧形成微小透镜阵列116时，微小透镜阵列116的出射光的扩散变宽，因此泄漏光增多，照明装置130的光效率稍微降低。因此，从光效率的观点出发，优选在出射面侧形成微小透镜阵列116。
另外，也可以是，在透光透镜104的出射面形成的微小透镜阵列116和在全反射透镜115以及105的出射面形成的微小透镜阵列116的曲率以及倾斜度不同。
另外，虽然微小透镜阵列116的剖面形状为组合了圆弧后的形状，但也可以使用非球面形状。另外，微小透镜阵列116的剖面形状为在XZ面以及YZ面这两者由四个圆弧形成图6所示那样的1个周期的周期构造，但如图17所示，也可以使用由直线部T和非球面的圆弧C形成的更简单的形状。换句话说，微小透镜阵列116中的微小透镜的剖面形状也可以是圆弧与圆弧之间由直线连结的形状。
如图17所示，作为微小透镜阵列116的剖面形状，也可以使用将直线部T和非球面的圆弧C作为1个周期S那样的、更简单的形状。在该情况下，从直线部T主要射出向正面方向扩散的小光束。另外，从非球面的圆弧C射出因折射而扩散的大光束。大致通过减小圆弧C的平均曲率半径，能够成为更为扩散的大光束。另外，通过改变非球面的系数、直线部T与圆弧C的宽度之比，能够对所射出的光束的扩散进行微调整。
在图17中，通过调整非球面的圆弧C，与图6相同地，也能够调整光束的扩散。但是，图6的形状按照圆弧在一定程度上分担机能，从而容易调格光束的扩散。在图17中，将圆弧C的形状的上侧设为凸，但也可以设为凹。另外，作为微小透镜阵列116的剖面形状，也可以采用将XZ剖面处的形状设为图6、将YZ剖面的形状设为图17的组合形状或者其相反的组合形状。
另外，虽然微小透镜阵列116的剖面形状的调整项目变少，但也可以是正弦波形状。
<保持部>
另外，如与图2以及图3对应的图18A以及图18B所示，在上述实施方式中的照明装置130中，也可以在透镜单元103内无光束的部分处设置凸缘121(保持部)。如XZ剖面的图18A所示，也可以通过在透镜单元103的排列的两端设置凸缘121来进行透镜单元103与基板102的固定。
由于在全反射透镜105的全反射面106的上部存在几乎无光束的区域，因此即便在该区域内附加凸缘121等突起形状，作为照明装置的光学特性也没有改变。另外，同样，如YZ剖面的图18B所示，也可以通过在透镜单元103设置凸缘122来进行透镜单元103与基板102的固定。
由于在全反射透镜115的上部具有几乎无光束的部分，因此即便在该部分附加凸缘等突起形状，作为照明装置的光学特性也没有改变。此外，也可以通过在凸缘121以及凸缘122的表面上形成褶皱形状或者棱镜形状，以避免从外部直接看到基板102。凸缘121以及凸缘122的材质可以是与透镜单元相同的透明材质、也可以是不透明的材质。
<保护罩110>
保护罩110(图2、图3)也可以由曲面构成。在将保护罩110设为曲面形状的情况下，有时因透镜的效果而使出射光的方位以及扩散发生些许变化，但在发生变化的情况下，也可以利用形成于透镜单元103的微小透镜阵列116来修正出射光的方位以及扩散。
<透光透镜104>
在上述实施方式中，虽然将透镜单元103由透光透镜104、全反射透镜105以及全反射透镜115构成，但若充分提高透镜单元103的高度且扩大相邻的LED101间的距离、并使来自LED101的光束全部射入全反射透镜105和全反射透镜115，则也可以省略透光透镜104。
工业实用性
本发明所涉及的照明装置能够用作搭载于机动车等的车辆用灯具等，但不仅仅用作机动车用途，也可以作为照明用途而使用。例如，本发明所涉及的照明装置还能够应用于住宅或者各种施设的聚光灯照明等。
附图标记说明：
11 LED阵列
12 透镜
13 高输出LED
14 导光板
15 棱镜
16 光
31、32、33、35、36 光束
51 第一圆弧
51h 从第一圆弧射出的光束
52 第二圆弧
52h 从第二圆弧射出的光束
53 第三圆弧
53h 从第三圆弧射出的光束
54 第四圆弧
54h 从第四圆弧射出的光束
W1、W3、W6 宽度
101 LED
102 基板
103 透镜单元
104 透光透镜
105、115、120 全反射透镜
106、107 全反射面
108 出射面
110 保护罩
112 出射面
116 微小透镜阵列
121、122 凸缘
125 包络线
130 照明装置
150 机动车
C 圆弧
G 合成光束
S 周期
T 直线部

Claims (8)

1.一种照明装置，其具有：
多个光源；以及
与所述多个光源分别对应配置的多个透镜单元，
其中，
所述多个透镜单元分别具有：
透光透镜，其与所述多个光源分别对应配置；
第一全反射透镜，其配置于在与所述多个光源的排列方向平行的方向上和所述透光透镜相邻的位置；以及
第二全反射透镜，其配置于在与所述多个光源的排列方向垂直的方向上和所述透光透镜相邻且不与该透光透镜的入射面以及出射面对置的位置，
所述透光透镜的入射面以及出射面为双轴的变形非球面，
所述第一全反射透镜和所述第二全反射透镜的入射面、出射面以及全反射面为双轴的变形非球面，
在所述透光透镜的所述入射面以及所述出射面中的至少一个面形成有微小透镜阵列，
在所述第一全反射透镜和所述第二全反射透镜的所述出射面、所述全反射面以及所述入射面中的至少一个面形成有微小透镜阵列，
所述透光透镜、所述第一全反射透镜以及所述第二全反射透镜的所述微小透镜阵列为微小透镜周期性排列的构造。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述多个光源分别与所述多个透镜单元一对一地对应。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
当从正面观察所述照明装置时，由所述第一全反射透镜、所述第二全反射透镜、以及所述透光透镜形成方形形状。
4.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
当从正面观察所述照明装置时，由两个所述第一全反射透镜和两个所述第二全反射透镜包围所述透光透镜，并且，所述第一全反射透镜、所述第二全反射透镜、所述透光透镜整体形成方形形状。
5.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述照明装置中，在安装有所述多个光源的安装面上，相对于与所述多个光源的排列方向垂直的方向的光的扩散，与所述多个光源的排列方向平行的方向的光的扩散宽。
6.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述微小透镜的剖面由四个圆弧形成，
所述四个圆弧中的相邻的两个圆弧之间以切线的倾斜度一致的方式连续。
7.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述微小透镜的剖面形状为圆弧与圆弧之间由直线连结的形状。
8.一种机动车，其搭载有权利要求1至7中任一项所述的照明装置，其中，
所述机动车搭载的照明装置配置为，当从所述机动车的正面观察时，所述照明装置的多个所述透镜单元无间隙地配置。
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