CN106415121A - 照明装置和照明方法 - Google Patents

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Abstract

照明装置具有发光元件、第1透镜和第2透镜。第1透镜与发光元件对置，具有照射光的照射口、第1入射面、第2入射面、第1反射面和第2反射面。第2透镜与照射口对置。第1入射面与发光元件对置，将来自发光元件的光引导至照射口。第2入射面将不通过第1入射面的光引导至第1透镜的外周方向。第1反射面对来自第2入射面的光进行反射而引导至照射口。第2反射面对通过第1入射面后偏离朝向照射口的方向的光和由第1反射面反射后偏离朝向照射口的方向的光进行反射而引导至照射口。

Description

照明装置和照明方法
技术领域
本发明涉及照明装置和照明方法，尤其是涉及车辆用的照明装置(前照灯)和照明方法。
背景技术
以往，使用了发光二极管(LED)的照明装置100被用作车辆用前照灯(例如专利文献1)。
图1是照明装置100的剖视图。照明装置100具有发光元件10、基板11和反射板12。从LED光源10发射的光由反射板12反射，通过开口13，向前方照射。
发光元件10是包含高输出的LED的点光源。对于该点光源，通过光学设计对反射板12的形状进行了设计。发光元件10由于包含高输出的LED，因此会产生很大的热量。因此，在基板11、其下部设置了冷却机构(未图示)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2005-537665号公报
发明内容
本发明提供一种不论是否包含LED都为薄型并且不需要特别的散热结构的照明装置。
本发明的照明装置具有发光元件、第1透镜和第2透镜。第1透镜与发光元件对置，具有照射光的照射口、第1入射面、第2入射面、第1反射面和第2反射面。第2透镜与照射口对置。第1入射面与发光元件对置，将来自发光元件的光引导至照射口。第2入射面将不通过第1入射面的光引导至第1透镜的外周方向。第1反射面对来自第2入射面的光进行反射而引导至照射口。第2反射面对通过第1入射面后偏离朝向照射口的方向的光、和由第1反射面反射后偏离朝向照射口的方向的光进行反射而引导至照射口。
对于该构成而言，由于第1透镜将光向照射口集中，第2透镜照射光，因此光的利用效率高，并能够抑制输出。此外，由于不使用反射板，因此实现小型且薄型的照明装置。此外，也不需要特别的散热结构。
附图说明
图1是现有的照明装置的剖视图。
图2是实施方式1所涉及的照明装置的剖视图。
图3A是图2中的A部的放大剖视图。
图3B是从箭头B的方向观察图2所示的照明装置时的俯视图。
图4是图2所示的照明装置的透镜要素部的1单元(照明单元)的剖视图。
图5是表示图2所示的照明装置的第1透镜内的光的行进路线的示意图。
图6是表示射入到图2所示的照明装置的第2透镜的光的行进路线的示意图。
图7A是表示在图2所示的照明装置中，未配置第2透镜时的光的辐射特性的图。
图7B是表示在图2所示的照明装置中，第2透镜的光轴中心与第1透镜的照射口的中心位于相同位置的情况下的光的辐射特性的图。
图7C是表示在图2所示的照明装置中，第2透镜的光轴中心相对于第1透镜的照射口的中心向右偏移0.4mm的情况下的光的辐射特性的图。
图7D是表示在图2所示的照明装置中，第2透镜的光轴中心相对于第1透镜的照射口的中心向右偏移0.8mm的情况下的光的辐射特性的图。
图8A是表示在图2所示的照明装置的第1透镜的形状表达式中使用的变量的图。
图8B是表示在图2所示的照明装置的第2透镜的形状表达式中使用的变量的图。
图9是表示图2所示的照明装置中的第1透镜的第1反射面的形状的图。
图10A是表示图4所示的照明单元的第1透镜的照射口与第2透镜的位置关系的图。
图10B是表示第1透镜的照射口与第2透镜的位置关系处于图10A所示的位置的情况下的照射面上的照度分布的图。
图11A是表示图3B所示的照明装置中的第2透镜的配置的图。
图11B是表示实施方式1所涉及的照明装置中的第2透镜的光轴中心与第1透镜的照射口的中心的偏移尺寸的图。
图12A是表示在实施方式1所涉及的照明装置中，仅近光灯Lo-1的发光元件点亮时的光分布的图。
图12B是表示在实施方式1所涉及的照明装置中，仅近光灯Lo-11的发光元件点亮时的光分布的图。
图12C是表示在实施方式1所涉及的照明装置中，仅Lo-20的发光元件点亮时的光分布的图。
图12D是表示在实施方式1所涉及的照明装置中，仅远光灯Hi-1的发光元件点亮时的光分布的图。
图12E是表示在实施方式1所涉及的照明装置中，仅远光灯Hi-11的发光元件点亮时的光分布的图。
图12F是表示在实施方式1所涉及的照明装置中仅远光灯Hi-20的发光元件点亮时的光分布的图。
图13A是表示在实施方式1所涉及的照明装置中，与近光灯Lo-1至近光灯Lo-20对应的发光元件点亮时的距照明装置25m前方的光分布的图。
图13B是表示图13A所示的情况下的配光分布的图。
图14A是表示在实施方式1所涉及的照明装置中，与远光灯Hi-1至远光灯Hi-20对应的发光元件点亮时的距照明装置25m前方的光分布的图。
图14B是表示图14A所示的情况下的配光分布的图。
图15A是表示在实施方式1所涉及的照明装置中，全部发光元件点亮时的距照明装置25m前方的光分布的图。
图15B是表示图15A所示的情况下的配光分布的图。
图16A是表示第1透镜的照射口的中心点与第2透镜的光轴的中心相等的1个照明单元的第1透镜的照射口与第2透镜的位置关系的图。
图16B是表示图16A的模型下的距照明装置25m前方的光分布的图。
图16C是表示图16B所示的情况下的配光分布的图。
图17A是表示在图16A～图16C的照明单元中使第2透镜向右(x正方向)每次0.2mm移动到0.8mm时的x方向的配光特性的变化的图。
图17B是表示图17A的配光的和的配光特性的图。
图18A是表示在图16A～图16C的照明单元中使第2透镜向下(y负方向)每次0.1mm移动到0.4mm时的x方向的配光特性的变化的图。
图18B是表示图18A的配光的和的配光特性的图。
图19A是表示由具有长方形的同一形状照射口的第1透镜构成的实施方式1所涉及的照明装置的照射口的形状的图。
图19B是表示实施方式1所涉及的照明装置中的会车光束(近光灯)的照度分布等高线的图。
图20A是表示由具有形状不同的照射口的第1透镜构成的实施方式2所涉及的照明装置的照射口的形状的图。
图20B是表示实施方式2所涉及的照明装置中的会车光束(近光灯)的照度分布等高线的图。
图21是对照明单元的排列、LED的朝向自由进行了设计的实施方式3的照明装置的立体图。
图22A是实施方式4所涉及的照明装置的侧视图。
图22B是图22A所示的照明装置的其他侧视图。
图22C是图22A所示的照明装置的第1透镜的立体图。
图22D是表示图22A所示的照明装置的第1透镜的照射口的俯视图。
图22E是表示图22A所示的照明装置的光的照射范围的图。
图23A是实施方式4所涉及的照明装置的侧视图。
图23B是图23A所示的照明装置的其他侧视图。
图23C是图23A所示的照明装置的第1透镜的立体图。
图23D是表示图23A所示的照明装置的第1透镜的照射口的俯视图。
图23E是表示图23A所示的照明装置的光的照射范围的图。
图23F是图23D所示的锥形部的放大俯视图。
图23G是图23D所示的锥形部的剖视图。
图24A是实施方式5所涉及的照明装置的侧视图。
图24B是图24A所示的照明装置的立体图。
图25A是图24A所示的照明装置中的1组透镜单元的侧视图。
图25B是图25A所示的透镜单元的其他侧视图。
图25C是图25A所示的透镜单元中的第1透镜的下部的放大剖视图。
图26A是表示图24A所示的照明装置的左侧的照明单元的光分布的图。
图26B是表示图24A所示的照明装置的右侧的照明单元的光分布的图。
图27A是表示图26A、图26B所示的右侧和左侧的照明单元的合成光的分布的图。
图27B是表示图27A所示的合成光的光强度分布的图。
图28A是表示图24A所示的照明装置的左侧的照明单元的另一光分布的图。
图28B是表示图24A所示的照明装置的右侧的照明单元的另一光分布的图。
图29A是表示图28A、图28B所示的右侧和左侧的照明单元的合成光的分布的图。
图29B是表示图29A所示的合成光的光强度分布的图。
图30A是表示图24A所示的照明装置的左侧的照明单元的又一光分布的图。
图30B是表示图24A所示的照明装置的右侧的照明单元的又一光分布的图。
图31A是表示图30A、图30B所示的右侧和左侧的照明单元的合成光的分布的图。
图31B是表示图31A所示的合成光的光强度分布的图。
图32A是表示图24A所示的照明装置的左侧的照明单元的又一光分布的图。
图32B是表示图24A所示的照明装置的右侧的照明单元的又一光分布的图。
图33A是表示图32A、图32B所示的右侧和左侧的照明单元的合成光的分布的图。
图33B是表示图33A所示的合成光的光强度分布的图。
图34A是表示图24A所示的照明装置的左侧的照明单元的又一光分布的图。
图34B是表示图24A所示的照明装置的右侧的照明单元的又一光分布的图。
图35A是表示图34A、图34B所示的右侧和左侧的照明单元的合成光的分布的图。
图35B是表示图35A所示的合成光的光强度分布的图。
具体实施方式
在本发明的实施方式的说明之前，简单说明现有的照明装置中的问题点。在专利文献1的照明装置中，LED为1个，为了确保照度，需要进一步高输出化。但是，伴随高输出，发热量增大。因此，还需要冷却机构。此外，包含反射板的部分在光学设计上也需要增大。
(实施方式1)
图2是实施方式1所涉及的照明装置200的剖视图。图3A是图2的A部的放大剖视图。图3B是从B方向观察图2所示的照明装置时的俯视图。图4是照明装置200的透镜要素部的1单元的构成剖视图。
＜照明装置200＞
照明装置200包含：第1透镜单元20、位于其上部的第2透镜单元21、位于第1透镜单元20的下部的多个发光元件22、和安装了发光元件22的基板23。
发光元件22为激光二极管，多个发光元件22被安装于基板23。由于将照明装置200安装于车辆的前方、左右的拐角部分，因此基板23相对于光的辐射方向倾斜配置。
第1透镜单元20具有多个第1透镜201，该多个第1透镜201对应于多个发光元件22的每一个，配置于其上部对应的位置。第1透镜单元20以丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂等透明树脂为材料，通过树脂成型而将多个第1透镜201一体化地制造而成。
第2透镜单元21配置于第1透镜单元20的上部，具有配置于与各第1透镜201对应的位置的多个第2透镜211。第2透镜单元21也还以丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂等透明树脂为材料，通过树脂成型而将多个第2透镜211一体化地制造而成。
＜照明单元300＞
参照图4对照明单元300进行说明。照明单元300是图2的照明装置200的一部分，包含一个第1透镜201和第2透镜211。
在第1透镜201与第2透镜211之间存在间隙24。由于若间隙24较大则配光特性增大，因此间隙24较窄为好。具体而言，间隙24期望为第2透镜211的厚度的1/20以下。
对于第1透镜201而言，其下部比上部大。此外，在第1透镜201的下部设置了凹部。第1透镜201在该凹部具有第1入射面202、第2入射面203。此外，第1透镜201在上部具有第1反射面204、第2反射面205。第2反射面205包围平面形状的照射口206。第1透镜201的上部为锥状，直径随着向上去而变小。第1透镜201在上表面具有照射口206。
在第1透镜201的照射口206的前方，隔着间隙24，配置了第2透镜211。即，照射口206隔着间隙24与第2透镜211对置。从照射口206辐射的光射入到第2透镜211的平面形状的入射面212，由凸形状的出射面213折射而被准直。
多个照明单元300在图3B所示的照明装置200中，作为远光灯Hi用、近光灯Lo用进行排列。远光灯Hi用、近光灯Lo用在后面进行说明。
＜第1透镜201的光路＞
参照图5所示的剖视图，对通过第1透镜201的光的行进路线(光路)进行说明。另外，图5虽是剖视图，但为了显示光的行进路线，并未使用斜线。在显示光的行进路线的情况下，其他的图也是同样。
第1入射面202配置在发光元件22的光轴上。第1入射面202呈凸透镜形状，通过了第1入射面202的光L11、光L12以及光L13被准直，朝向照射口206。光L11、光L12以及光L13也可以不准直，但需要被导向照射口206。
未射入到第1入射面202的光L14、光L15、光L16从第2入射面203射入第1透镜201，由第1反射面204正反射后，朝向照射口206。
第1反射面204的形状被设定为，由第1反射面204反射后的光相对于第2反射面205大致平行地前进。但是，在第2入射面203附近，为了维持全反射，进行设定使得光轴与面的垂线所成的角成为树脂的临界角(压克力树脂的情况下为42.15°)以上。虽然优选全反射但也可以是反射。
光L18是从发光元件22的中心以外辐射且通过了第1入射面202的光。光L19是从发光元件22的中心以外辐射、并在通过了第2入射面203之后由第1反射面204反射的光。
光L18、L19、由第2入射面203附近的第1反射面204反射的光L16等暂且由第2反射面205正反射，朝向照射口206。
光L17是向与第2入射面203相反方向前进的光，与其他光同样地，向照射口206前进。
发光元件22相对于第1透镜201的照射口中心207(与第1透镜光轴208大致相同)的倾斜度θL能够自由设定，但期望将倾斜度θL设为50°以下。若超过50°，则照射效率会急剧下降。
从上述可知，第1透镜201是对光进行聚光的透镜。
＜第2透镜211的光路＞
图6是第2透镜211的剖视图。第2透镜211具有光轴214。如实线所示，从光轴214射入到第2透镜211的光L21从出射面213向外部射出。该出射光全部成为与光轴214平行的光，进行辐射。
另一方面，如虚线所示，偏离光轴214射入的光L22成为相对于光轴214稍微倾斜的光，进行辐射。
从光轴214射入并从出射面213射出的光L21全部是平行的光，相对于此，偏离光轴214射入从出射面213射出的光L22不是平行光，而是具有辐射角。与光轴214的位置偏移越大，该辐射角越大。
结果，从第2透镜211射出的光被定向使得照射到一定的范围内。
＜照明单元300的光路＞
图7A～图7D是照明单元300的剖视图，示出了光路。图7A表示没有第2透镜211的情况下的光路。图7B表示第2透镜211的光轴214的中心与第1透镜201的照射口中心207位于相同位置的情况下的光路。从第1透镜201辐射的光的配光角较宽，通过第2透镜211，从而光被准直，得到窄配光的光线。
图7C示出了对于图7B，将第2透镜211的位置向右移动了0.4mm的情况下的辐射光的方向的变化。此外图7D示出了对于图7B，将第2透镜211的位置向右移动了0.8mm的情况下的辐射光的方向的变化。第2透镜211的厚度为13mm。
从图7B～图7D可知，根据第1透镜201的照射口中心207与第2透镜211的光轴214的位置偏移的大小的变化，从第2透镜211辐射的光的辐射方向发生变化。换言之，通过改变第1透镜201的照射口中心207与第2透镜211的光轴214的相对位置，从而能够使光的辐射方向发生变化。
对于前照灯用的照明装置200，车辆彼此在会车时，为了各自的驾驶员不晃眼，需要急剧抑制该方向的光。即，需要会车光束的截止线(cutoff-line)照度的急剧的变化。
在本实施方式中，通过使第1透镜201的照射口中心207与第2透镜211的光轴214稍微发生变化，能够实现急剧的照度变化。
＜第1透镜201的形状、第2透镜211的形状＞
图8A、图8B分别是第1透镜201和第2透镜211的部分剖视图。图8A是表示与第1透镜201的形状相关的各变量的图，图8B是表示第2透镜211的出射面213的形状表达式的各变量的图。
(1)第1透镜201的第1入射面202的形状
发光元件22的发光面的中心P1到第1透镜201的第1入射面202的距离r1，作为第1透镜光轴208与长度为距离r1的向量所成的角度θ1的函数而由算式1给出。
r1＝t1*(n*cos(β1)-1)/(n*cos(θ1+β1)-1)···(算式1)
在此，n为透镜材料的折射率，丙烯酸树脂的情况下的折射率n为1.49。角度β1是在第1入射面202射入后的折射光线与第1透镜光轴208所成的角度。距离t1是在第1透镜光轴208上，发光元件22与第1入射面202之间的距离。
(2)第1透镜201的第1反射面204的形状
发光元件22的发光面的中心P1与第1透镜201的第1反射面204之间的距离r2作为第1透镜光轴208与距离r2所成的角度θ2的函数而由算式2给出。
r2＝b*(1+sin(β2))/(1-cos(θ2+β2))···(算式2)
在此，距离b为通过发光面的中心P1并且与第1透镜光轴208垂直的线和第1反射面204的交点、与发光面的中心P1之间的距离。角度β2是由第1反射面204反射后的光线与第1透镜光轴208所成的角度。
(3)反射角θr的大小
在第1反射面204中，在反射角θr为材料的临界角θrn(发生全反射的临界的角度)以下的情况下，会发生从第1反射面204向外漏光。因此，反射角θr期望为材料的临界角θrn以上。考虑发光元件22的发光面的宽度，对于比临界角θrn稍大的角度θr0，算式2中成为反射角θr＜角度θr0的情况下，距离r2由算式3给出。此外算式3中的c由算式4给出，算式4中的r0通过算式5来求取。
r2＝c*exp(-θ2*tan(θr0))···(算式3)
c＝r0/exp((2*θr0+β2-π)*tan(θr0))···(算式4)
r0＝b*(1+sin(β2))/(1-cos(π-2*θr0))···(算式5)
(4)第1透镜201的第1反射面204的形状
图9是第1透镜201的剖视图。第1透镜201的第1反射面204的形状如图9所示，可以是以发光元件22的发光面的中心P1和照射口中心207为焦点的椭圆40。即，椭圆40将以照射口中心207和发光元件22的发光面的中心P1为中心的圆连接而构成。在该情况下，反射角θr也期望为材料的临界角θrn以上。
(5)第2透镜211的出射面213的形状
参照图8B，对第2透镜211的出射面213的形状表达式进行说明。从第2透镜211的光轴214与入射面212的交点到出射面213的距离r3作为光轴214与长度为距离r3的向量所成的角θ3的函数而由算式6给出。
r3＝(n-1)*t3/(n-cos(θ3)···(算式6)
在此，n为透镜材料的折射率，在丙烯酸树脂的情况下，折射率n为1.49。此外，t3是第2透镜211的厚度，在此，例如为13mm。
＜第1透镜201与第2透镜211的位置关系＞
接下来，参照图10A、图10B以及图11A、图11B，对第1透镜201与第2透镜211的位置关系进行说明。
图10A是从发光元件22一侧观察第1透镜201的照射口206以及第2透镜211的图。第2透镜211的光轴的中心215相对于第1透镜201的照射口206的照射口中心207，沿X方向偏移了偏移量dx并且沿Y方向偏移了偏移量dy。
图10B是表示从图10A所示的照明单元300离开一定距离的照射面上的照度分布30的图。照度分布30的形状呈与第1透镜201的照射口206的形状相似的形状。
第1透镜201的照射口中心207和照度分布30的中心31以第2透镜211的光轴的中心215为中心点呈点对称。
图11A是示出了第2透镜单元21的各个第2透镜211的配置的俯视图。
近光灯Lo-1～Lo-20为了放射会车光束前照灯的光而设置。这些近光灯用于对面车辆，急剧截止某方向的光。
远光灯Hi-1～Hi-20为了行驶光束前照灯的光而设置。这些远光灯用于车辆的行驶，发出均匀分布的光。
图11B是表示各个第2透镜211的光轴的中心215与第1透镜201的照射口206的照射口中心207的偏移量dx、偏移量dy的曲线图。近光灯Lo-1～Lo-20为止的x方向的偏移量dx按照编号顺序依次相差0.1mm。近光灯Lo-1为-1.0mm，近光灯Lo-11为0mm，近光灯Lo-20为+0.9mm。
Y方向的偏移量dy在近光灯Lo-1时为-0.4mm，直到近光灯Lo-11为止按照编号顺序每次相差-0.05mm，在近光灯Lo-11时成为-0.5mm。从近光灯Lo-12到近光灯Lo-20成为固定值-0.3mm。在第1透镜201的照射口206的Y方向的宽度为0.7mm，偏移量dy为-0.35mm的情况下，表示照度分布的急剧变化的上侧的线正好与光轴方向一致。
远光灯Hi-1～Hi-20的x方向的偏移量dx按照编号顺序每次相差0.1mm，近光灯Lo-1为-1.0mm，近光灯Lo-11为0mm，近光灯Lo-20为+0.9mm。Y方向的偏移量dy全部固定，成为0mm。
＜光学仿真的结果：个别＞
图12A至图12F表示通过对上述条件的照明装置200的光学仿真，仅与各个透镜对应的发光元件22点亮的情况下的距照明装置25m前方的光分布。
图12A～图12F分别对应于在本实施方式所涉及的照明装置200中，近光灯Lo-1、近光灯Lo-11、近光灯Lo-20、远光灯Hi-1、远光灯Hi-11、远光灯Hi-20各自的光分布。即，这些图示出了仅对应的发光元件22点亮时的从照明装置200起25m前方的光分布。
从图12A至图12F可知，在将发光元件22仅点亮1个的情况下，照度高的部分不是在照度分布的中央而是发生在两侧。这是由于在第1透镜201中从第1入射面202引导至照射口206的光束与由第1反射面204反射后引导至照射口206的光束的偏移所致(参照图5)。
＜光学仿真的结果：近光灯Lo＞
图13A示出了在照明装置200中，与近光灯Lo-1至近光灯Lo-20对应的发光元件22点亮时的光学仿真所得到的距照明装置25m前方的光分布。
图13B示出了图13A所示的点亮状态下的配光分布。所谓与近光灯Lo-1～Lo-20对应的发光元件22点亮的状态，是指产生了会车光束(近光灯)前照灯的光亮的状态。
在会车光束(近光灯)前照灯的情况下，需要设置照度急剧变化的截止线Lk，在右侧通行的车辆的情况下，该截止线期望以中心线为界使右侧稍高。在左侧通行的车辆的情况下，与此相反。
在本实施方式中，通过将构成会车光束(近光灯)前照灯的第2透镜211的光轴的中心215配置于靠近第1透镜201的照射口206的下部的线的位置，从而如图13A所示在照度分布的上侧形成了照度急剧变化的截止线Lk。
此外，通过第2透镜211的光轴的中心215相对于第1透镜201的照射口206的照射口中心207的X方向的偏移量dx一点一点不同，从而使从各个第2透镜211辐射的光重叠，由此在中央部形成了带状的高照度区域。
＜光学仿真的结果：远光灯Hi＞
图14A示出了在照明装置200中与远光灯Hi-1～Hi-20对应的发光元件22点亮时的光学仿真所得到的距照明装置25m前方的光分布。
图14B示出了图14A所示的点亮状态下的配光分布。所谓与远光灯Hi-1～Hi-20对应的发光元件22点亮的状态，设置产生了行驶光束(远光灯)前照灯的光亮的状态。
第2透镜211的光轴的中心215相对于第1透镜201的照射口206的照射口中心207的Y方向的偏移量dy全部相等且为0mm。此外，X方向的偏移量dx一点一点不同。因此，得到了在中央部具有带状的高照度区域的横向较长的长方形的照度分布。
＜光学仿真的结果：近光灯Lo+远光灯Hi＞
图15A示出了在照明装置200中全部发光元件22点亮时的光学仿真所得到的距照明装置25m前方的光分布。图15B示出了图15A所示的点亮状态下的配光分布。
作为行驶光束(远光灯)前照灯，也可以像这样将所有的LED点亮使用。在该情况下，照度分布也在上下方向上扩大，最大照度也升高。
＜第1透镜201的照射口206与第2透镜211的光轴的中心215偏离的情况＞
接下来，参照图16A至图18B对伴随第1透镜201的照射口中心207与第2透镜211的光轴的中心215的偏移量的变化的配光特性的变化进行说明。
图16A是在照射口中心207与第2透镜211的光轴的中心215一致的照明单元300中，从发光元件22一侧观察照射口206与第2透镜211的位置关系的图。
图16B示出了从图16A所示的照明单元300辐射的光的距照明装置25m前方的光分布。图16C示出了图16B所示的光的配光分布。
图17A示出了在图16A所示的照明单元300中，使第2透镜211向右(x正方向)每次0.2mm而移动到0.8mm时的x方向的配光特性的变化。
图17B示出了图17A所示的配光的和的配光特性。
图18A示出了在图16A所示的照明单元300中，使第2透镜211向下(y负方向)每次0.1mm而移动到0.4mm时的y方向的配光特性的变化。
图18B示出了图18A的配光的和的配光特性。
从图17A以及图18A可知，若使第1透镜201的照射口中心207与第2透镜211的光轴的中心215的偏移量以固定量为单位发生变化，则配光角度也以大致固定量发生变化。
结果，若第1透镜201的照射口中心207与第2透镜211的光轴的中心215的偏移量d变化0.1mm，则配光角度变化大约7°。此外，配光的形状也几乎不变化。
由此，在将照明装置200安装于车辆(汽车)的情况下，通过根据过弯时的方向盘的转向角度，来改变第1透镜201、第2透镜211的相对位置，能够改变配光方向。
配光角度相对于该偏移量d的变化的偏移角度θ如算式7那样，与第2透镜211的厚度t3成反比。
θ＝85.3*d/t3····(算式7)
根据算式7，在第2透镜211的厚度t3为13mm、第2透镜单元21的移动量为3mm的情况下，能够使配光方向改变20°。
＜来自许多的照明单元的光的重叠＞
如图16B以及图16C所示，在不存在第1透镜201的照射口中心207与第2透镜211的光轴的中心215的偏移量的情况下，配光角度较宽，在x方向的配光特性中中央部容易成为较暗的配光。
相对于此，在图17B所示的配光特性中，通过从各单元辐射的光的重叠，从而中央部的光亮的下降消失，得到接近于矩形的照度分布。因此，在具有许多照明单元的照明装置中，优选使第1透镜201的照射口中心207与第2透镜211的光轴的中心215的偏移量一点一点略有不同地进行配置。
(实施方式2)
图19A是实施方式1所涉及的照明装置的照射口206的形状的俯视图。在所有的第1透镜201中，照射口206形成为长方形的同一形状。
图19B是实施方式1的照明装置的照度分布等高线。即，图19B是以图11B所示的近光灯Lo-1～Lo-20的位置关系配置了第2透镜211时的会车光束(近光灯)的照度分布等高线。
在该情况下，在截止线Lk倾斜变化的区域中，x方向的照度变化变缓，存在产生截止线不清晰的区域L的情况。
本实施方式是该解决方案的一例。以下，参照图20A、图20B对本实施方式进行说明。图20A是表示第1透镜201的照射口的形状有多种类型的俯视图。即，1个照明装置具有多种类型的照射口206A～206F。
本实施方式的照明装置具有20个照明单元300。第1透镜201具有6种照射口206A～206F。在No.1至No.20处，以图11B所示的近光灯Lo-1～Lo-20的位置关系配置了第2透镜211。
在No.1至No.12这12处，第1透镜201具有照射口206A。在No.13以及No.19、No.20这3处，第1透镜201具有相对于照射口206A向下长出0.2mm的照射口206B。在No.14，第1透镜201具有相对于照射口206B向右长出0.1mm的照射口206C。在No.15，第1透镜201具有相对于照射口206C向右长出0.1mm的照射口206D。在No.16，第1透镜201具有相对于照射口206D向右长出0.1mm的照射口206E。在No.17，第1透镜201具有相对于照射口206E向右长出0.1mm的照射口206F。
图20B示出本实施方式的照明装置的照度分布等高线。即，图20B是使第1透镜201的照射口中心207与第2透镜211的光轴的中心215的偏移量d从No.1到No.20在x方向上各偏移0.1mm来配置的情况下的会车光束(近光灯)的照度分布等高线。
在本实施方式的照明装置中，在整个区域得到清晰的截止线Lk，没有在图19B中存在的不清晰的区域L。即，使用具有图20A那样的形状不同的照射口206A～206F的多个第1透镜201，能够形成图20B那样的截止线Lk。另外未说明的事项与实施方式1相同。
(实施方式3)
在实施方式1、2中，第1透镜201的照射口206的形状为长方形，但也可以是从四边形、椭圆、半圆、半椭圆形的任意一者切去一部分的形状。通过这些组合，能够形成自由形状的照度分布。
实施方式1、2能够进行组合。
＜自由设计的构成＞
在实施方式1、2中，第2透镜211的光轴的中心215相对于第1透镜201的照射口中心207的偏移量按照排列的顺序逐渐错开。但是，也可以不按顺序而随机错开。
此外，发光元件22等间距地配置为2列。但是，也可以自由配置。例如，也可以配置为圆状、S字状、几何学形状。
通过根据场所来改变第1透镜201的长度，从而也能够在将发光元件22安装于平面状的基板23的状态下，立体地配置照明装置200。
图21是照明装置200的部分主视图。图21所示的照明装置200具有将透镜配置为2列的区域和配置为1列的区域。照明单元300的排列方式具有灵活性，能够进行自由的设计。在该情况下，在实施方式1、2中说明的第1透镜201、第2透镜211的关系也成立即可。
此外，多个第1透镜201、多个第2透镜211分别在实施方式1、2中是相同的，但也可以使大小等发生变化。也可以通过多种光源的组合来构成照明装置。对于该构成而言，即使在发光元件22的一部分发生不良状况时也能够照射足够的光亮。
如上所述，能够使发光元件22的光轴方向相对于照明装置的光轴方向自由倾斜，因此能够自由配置多个透镜单元。因此，能够实现自由的设计。此外，由于通过许多的光源的组合来构成了灯，因此即使在发光元件22的一部分发生了不良状况时也能够照射足够的光亮。
(实施方式4)
以下，参照图22A～图23G来说明实施方式4。在实施方式1～3中，使用了多个透镜单元。相对于此，在本实施方式所涉及的照明装置500、600中，使用1组透镜。
图22A、图22B是照明装置500的侧视图。照明装置500具有第1透镜501和第2透镜511。发光元件22位于第1透镜501的下部，但在附图上看不见。
图22C是第1透镜501的立体图。在第1透镜501上，存在从侧面的上到下延伸的阶差521。
图22D是表示第1透镜501的照射口506的俯视图。照射口506从第1透镜501向第2透镜511引导光。在照射口506的长边，出现了阶差521。
图22E示出了照明装置500的光的照射范围507。在照射范围507中具有阶差。照射范围507是近光灯配光，具有与照射口506相似的形状。
照明装置500的特征如上所述，是在第1透镜501的侧面具有阶差521。阶差521的端部也位于照射口506。
照明装置500通过1组第1透镜501和第2透镜511，能够达成近光灯配光。作为远光灯用照明装置，使用其他照明装置即可。
此外，也可以使用多个照明装置500。上述以外与实施方式1～3同样。
接下来，参照图23A～图23G，对作为照明装置500的变形例的照明装置600进行说明。
图23A和图23B是照明装置600的侧视图。照明装置600具有第1透镜601和第2透镜611。发光元件22位于第1透镜601的下部，但在附图上看不见。
图23C是第1透镜601的立体图。在第1透镜601上，存在从侧面的上到下延伸的阶差621。
图23D是表示第1透镜601的照射口606的俯视图。照射口606从第1透镜601向第2透镜611引导光。在照射口606的长边，出现了阶差621。
图23E示出了照明装置600的光的照射范围607。照射范围607是近光灯配光，与照射口606的形状相当。
照明装置600相对于照明装置500的差异在于，从图23D可知，在照射口606的周边部具有锥形部631a、631b、632c、632d。
锥形部631a形成于照射口606的左边的拐角部。锥形部631b形成于照射口606的下边的拐角部。锥形部632c形成于照射口606的右边的拐角部。在照射口606的剩余的1边没有锥形。锥形部632d形成于第1透镜601的侧面的拐角部。
图23F是锥形部531a的放大俯视图。图23G是锥形部531a的剖视图。通过这样的阶梯状的形状，从而光被分散。比较图22E与图23E可知，对于照射范围607而言，周边部分扩展(变得模糊)。因此，照射范围607比照射范围507大。近光灯部分608清楚，对于除此以外的周边，光扩展，变得模糊。
(实施方式5)
接下来，参照图24A～图35B对实施方式5进行说明。图24A是本实施方式所涉及的照明装置700的侧视图。照明装置700具有2个照明单元705。2个照明单元705设想汽车的照明装置而配置于左右。照明单元705各自具有多个透镜单元705a～705g。图24B是从与图24A不同的方向(垂直方向)观察的1个照明单元705的侧视图。图25A、图25B是照明单元705所包含的透镜单元705a的侧视图。其他透镜单元也同样。图25C是透镜单元705a的第1透镜701的下部的放大剖视图。
与上述实施方式的不同点如下。下述以外与实施方式1～3同样。
(1)在实施方式1～3中，基板23为平面状。相对于此，在本实施方式所涉及的照明装置700中，如图24A、图24B所示，具有阶梯状的基板723。
(2)在实施方式1～3中，发光元件22相对于第1透镜101倾斜。相对于此，在照明装置700中，如图25C所示，发光元件22的发光面与第1透镜701的下表面(第1入射面702)平行。如上所述，由于基板723为阶梯状，因此能够实现这样的构成。来自发光元件22的光垂直进入第1透镜701的下表面，因此光的利用效率更好。
(3)对于多个透镜单元705a～705g而言，第1透镜701和第2透镜711的位置关系相同。
对于透镜单元705a～705g，分别决定照射光的范围。通过将配置于各个透镜单元705a～705g下的发光元件22接通(ON)、断开(OFF)，从而能够控制光照射范围。在图24A、图24B中，单元705各自具有7个透镜单元705a～705g。
图26A～图35B示出了如下例，即，通过配置于透镜单元705a～705g下的发光元件22的接通、断开，使光的照射范围发生了变化。图中的记号A～G表示来自透镜单元705a～705g各自的光。其中，透镜单元的排列(位置)和光的照射位置没有关系，按照每个透镜单元来设定了照射位置。
图26A、图28A、图30A、图32A、图34A示出了左侧的照明单元705的光分布。图26B、图28B、图30B、图32B、图34B示出了右侧的照明单元705的光分布。图27A、图29A、图31A、图33A、图35A示出了右侧和左侧的照明单元705的合成光的光分布。图27B、图29B、图31B、图33B、图35B分别示出了图27A、图29A、图31A、图33A、图35A中的光强度分布。
也能够配置多个透镜单元，使得如上所述合成不同的光照射范围，成为图22E、图23E所示那样的具有阶差的光照射范围。
在照明装置700中，通过将配置于各透镜单元705a～705g下的发光元件22接通、断开从而能够截止不想照射光的地方的光。
另外，如图25A、图25B所示，在透镜单元705a中，第1透镜701和第2透镜711也可以成为一体。对于透镜单元705b～705g也同样。这是因为与实施方式1～3不同，在照明装置700中不按照每个透镜单元改变第1透镜701和第2透镜711的位置关系。
图26A～图27B表示配置于所有的透镜单元705a～705g下的发光元件22点亮的状态。
图28A～图29B表示将配置于左右的透镜单元705a～705c下的发光元件22熄灭，使光不照射中央的情况。
图30A～图31B表示将配置于左边的透镜单元705a～705c下的发光元件22熄灭，并将配置于右边的透镜单元705a、705b、705d下的发光元件22熄灭的情况。
图32A～图33B表示配置于左边的透镜单元705a～705g下的发光元件22全部点亮而不熄灭，并将配置于右边的透镜单元705e、705f下的发光元件22熄灭的情况。
图34A～图35B表示配置于左边的透镜单元705a～705g下的发光元件22全部点亮而不熄灭，并将配置于右边的透镜单元705f、705g下的发光元件22熄灭的情况。
这样，通过配置于透镜单元705a～705g下的发光元件22的点亮、熄灭能够变更光的照射范围，能够仅对所希望的范围照射光。
以上的实施方式能够进行组合。例如，也可以将实施方式4的透镜用于实施方式1～3、5的照明装置。
产业上的可利用性
本发明所涉及的照明装置不仅能够用于车辆，还能够广泛用作交通工具用的照明装置。此外，也能够作为建筑物用的照明装置来利用。
符号说明
d 偏移量
n 折射率
b 距离
10 发光元件
11 基板
12 反射板
13 开口
20 第1透镜单元
21 第2透镜单元
22 发光元件
23 基板
24 间隙
30 照度分布
31 中心
40 椭圆
Hi 远光灯
Lk 截止线
Lo 近光灯
P1 中心
dx 偏移量
dy 偏移量
r1 距离
r2 距离
r3 距离
t1 距离
t3 厚度
100 照明装置
101 第1透镜
200 照明装置
201 第1透镜
202 第1入射面
203 第2入射面
204 第1反射面
205 第2反射面
206、206A、206B、206C、206D、206E、206F 照射口
207 照射口中心
208 第1透镜光轴
211 第2透镜
212 入射面
213 出射面
214 光轴
215 光轴的中心
300 照明单元
500 照明装置
501 第1透镜
506 照射口
507 照射范围
511 第2透镜
521 阶差
531a 锥形部
600 照明装置
601 第1透镜
606 照射口
607 照射范围
608 近光灯部分
611 第2透镜
621 阶差
631a 锥形部
631b 锥形部
632c 锥形部
632d 锥形部
700 照明装置
701 第1透镜
705 照明单元
705a、705b、705c、705d、705e、705f、705g 透镜单元
711 第2透镜
723 基板
L11 光
L12 光
L13 光
L14 光
L15 光
L16 光
L17 光
L18 光
L19 光
L21 光
L22 光

Claims (15)

1.一种照明装置，具备：
发光元件；
第1透镜，其与所述发光元件对置配置，具有照射光的照射口；和
第2透镜，其与所述照射口对置配置，
所述第1透镜还具有：
第1入射面，其与所述发光元件对置，将来自所述发光元件的光引导至所述照射口；
第2入射面，其将不通过所述第1入射面的光引导至所述第1透镜的外周方向；
第1反射面，其对来自所述第2入射面的光进行反射而引导至所述照射口；和
第2反射面，其对通过所述第1入射面后偏离朝向所述照射口的方向的光、和由所述第1反射面反射后偏离朝向所述照射口的所述方向的光进行反射而引导至所述照射口。
2.根据权利要求1所述的照明装置，所述第2透镜将从光轴射入的所述光向一定范围射出。
3.根据权利要求1所述的照明装置，所述第1透镜将所射入的光进行集中照射。
4.根据权利要求1所述的照明装置，在所述第1透镜的侧面设置有阶差。
5.根据权利要求1所述的照明装置，所述照射口的形状为四边形，且在一边上存在阶差。
6.根据权利要求1所述的照明装置，所述照射口的四边形的边的部分朝向所述第1透镜的侧面成为锥形。
7.根据权利要求6所述的照明装置，所述锥形成为阶梯状。
8.根据权利要求1所述的照明装置，所述第1透镜的所述照射口具有从四边形、椭圆、或者半圆、半椭圆形中的任意一者切去一部分的形状。
9.根据权利要求1所述的照明装置，具备：
多个所述发光元件；
多个所述第1透镜，与所述多个发光元件分别对置配置，各自具有所述照射口；和
多个所述第2透镜，与所述多个所述第1透镜各自的所述照射口对置配置。
10.根据权利要求9所述的照明装置，所述多个第1透镜各自的所述照射口的中心位置与所述多个第2透镜各自的中心轴的偏移尺寸根据所述照明装置中的位置而不同。
11.根据权利要求9所述的照明装置，所述多个第1透镜的所述照射口当中的至少1个具有与其他不同的形状。
12.根据权利要求9所述的照明装置，通过所述多个第1透镜的1个第1透镜与所述多个第2透镜的1个第2透镜构成透镜单元，从而具备多个透镜单元，所述多个透镜单元分别具有不同的光照射范围。
13.根据权利要求12所述的照明装置，对所述多个透镜单元进行了配置，使得将所述不同的光照射范围进行合成，成为有阶差的光照射范围。
14.根据权利要求9所述的照明装置，所述第1透镜的多个所述照射口分别具有从四边形、椭圆、半圆、半椭圆形中的任意一者切去一部分的形状。
15.一种照明方法，包括：
准备照明装置的步骤，所述照明装置具有：
多个发光元件；
多个第1透镜，与所述多个发光元件分别对置配置，并且具有照射光的照射口；和
多个所述第2透镜，与所述多个照射口分别对置配置，
并通过所述多个第1透镜的1个第1透镜和所述多个第2透镜的1个第1透镜构成透镜单元，从而具有多个透镜单元，所述多个透镜单元分别具有不同的光照射范围；以及
通过将所述多个发光元件分别点亮、熄灭，从而由所述多个透镜单元向所希望的光照射范围照射光的步骤。
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