JP2009099493A - 照明光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】所定幅で伸延する照明領域をＬＥＤ素子からなる光源を用いて十分な輝度と良好な輝度均斉度で効率よく照明する。
【解決手段】光源ユニット１からの拡散光束を照明領域の幅方向Ｙについて照明領域幅に応じた角度領域に集光することにより、照明領域の長手方向Ｘに拡がる扇形の集光光束を出射するサブレンズ２と、このサブレンズ２で集光された集光光束を全体として照明領域へ向けて出射するとともに、その一部を長手方向に沿って屈折させて照明領域内の遠端領域の方向へ出射するメインレンズ３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明技術に関し、特に所定幅で伸延する照明領域を照明する技術に関する。

近年、高輝度で白色のＬＥＤ素子が安価に提供されつつあり、このようなＬＥＤ素子を照明光源として用いる照明装置が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。この種の照明装置は、ＬＥＤ素子の周囲にフレネルレンズなどの配光レンズを配置して、円形あるいは楕円形の照明領域を照明している。
また、このようなＬＥＤ素子のモールド樹脂に形成されたレンズに加え、ＬＥＤ素子の周囲に反射鏡やプリズムを設け、これらＬＥＤ素子をマトリクス状に配置することにより、照明領域を照明するものも提案されている（例えば、特許文献２など参照）。

特開２００５−１９６９８３号公報 特開２００４−２５３４７８号公報

しかしながら、このような従来技術では、円形、楕円形、あるいは矩形の照明領域を照明することを目的としているため、所定幅で伸延する照明領域を効率よく照明できないという問題点があった。
この種の白色ＬＥＤ素子は、輝度が大幅に改善されたとはいえ、従来の照明用光源、例えば蛍光ランプ、高圧水銀灯、メタルハライドランプ、ナトリウムランプなどのランプに比較して光量が少ないため、照明領域を十分な照度で照明することは難しい。したがって、ＬＥＤ素子からの光束を所望の照明領域に効率よく配光することが必要となる。

従来技術では、２次元的な拡がりを持つ円形あるいは楕円形の照明領域を有しているため、所定幅で伸延する照明領域に適用した場合、照明領域の幅方向に余分な光が出射されるため、所望の照明領域の照度が低下する。また、従来技術では、円形あるいは楕円形の照明領域に対して光が均一に出射されるため、照明領域の周縁部における照度が低下する。したがって、特に所定幅で伸延する照明領域では、その遠端領域の照度が不足することから、照明領域内においてムラのない輝度、すなわち良好な輝度均斉度を得ることができない。。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、所定幅で伸延する照明領域をＬＥＤ素子からなる光源を用いて十分な輝度と良好な輝度均斉度で効率よく照明することが可能な照明光学系を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる照明光学系は、所定幅で伸延する照明領域を、この照明領域の長手方向に並ぶ複数のＬＥＤ素子からなる光源からの拡散光束で照明する照明光学系であって、光源からの拡散光束を照明領域の幅方向について照明領域幅に応じた角度領域に集光することにより、照明領域の長手方向に拡がる扇形の集光光束を出射するサブレンズと、このサブレンズで集光された集光光束を全体として照明領域へ向けて出射するとともに、その一部を長手方向に沿って照明領域内の遠端領域の方向へ屈折させて出射するメインレンズとを備えている。

この際、メインレンズとして、幅方向に伸延するとともに長手方向に沿って湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分の底部と端部との間に、集光光束のうち入射された光を屈折させて照明領域へ出射する１つ以上の部分レンズが形成されてレンズを用いてもよい。
この際、メインレンズの部分レンズとして、照明領域の遠端領域の方向に光軸を有する凸レンズを用いてもよい。
また、メインレンズの部分レンズとして、照明領域の中央領域の方向に光軸を有する凹レンズを用いてもよい。

また、メインレンズの部分レンズとして、集光光束のうち照明領域の中央領域と遠端領域との間の中間領域へ向けて出射された光の一部を遠端領域へ向けて出射する凸レンズを用いてもよい。
また、メインレンズの部分レンズとして、集光光束のうち照明領域より遠方へ向けて出射された光の一部を遠端領域へ向けて出射する凸レンズを用いてもよい。
また、メインレンズの部分レンズとして、集光光束のうち照明領域の中央領域へ向けて照射された光の一部を、中央領域と遠端領域の間の中間領域、または遠端領域へ向けて出射する凹レンズを用いてもよい。

また、メインレンズは、幅方向に伸延するとともに長手方向に沿って湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分においてその底部から当該底部と端部の間の中間部に向けて厚さが徐々に厚くなるよう形成してもよい。
また、メインレンズは、幅方向に伸延するとともに長手方向に沿って湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分においてその端部から当該端部と底部の間の中間部に向けて厚さが徐々に厚くなるよう形成してもよい。

本発明によれば、光源ユニットのＬＥＤ素子から下方へ出射された拡散光束が、サブレンズにより、照明領域の長手方向に沿って拡がる扇形の集光光束に集光された後、メインレンズにより、照明領域全体へ向けて出射されるとともに、集光光束の一部が長手方向に沿って屈折して照明領域内の遠端領域の方向へ出射される。
したがって、光源ユニットのＬＥＤ素子から拡散光束を、所定幅で伸延する所望の照明領域内に効率よく集光でき、中央領域に比較して照度が不足する遠端領域においても、十分な照度を得ることができる。このため、光源としてＬＥＤ素子を用いた場合でも、照明領域全域にわたり十分な路面輝度と良好な輝度均斉度で効率よく照明することが可能となる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［照明光学系］
まず、図１〜図４を参照して、本発明の一実施の形態にかかる照明光学系について説明する。図１は、本発明の一実施の形態にかかる照明光学系を示す構成図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、光源ユニットを斜め下方から見た斜視図である。図４は、サブレンズを斜め下方から見た斜視図である。図５は、メインレンズを斜め下方から見た斜視図である。

照明光学系は、所定幅で伸延する照明領域を、この照明領域の長手方向に並ぶ複数のＬＥＤ素子からなる光源からの拡散光束で照明する光学系である。この照明光学系は、例えば、車道や歩道などの道路を照明する場合、道路から８ｍ〜１２ｍの高さ位置に設置され、３５ｍ間隔で道路に沿って等間隔に配置される。

本実施の形態は、光源ユニット１からの拡散光束を照明領域の幅方向について当該照明領域幅に応じた角度領域に集光することにより、照明領域の長手方向に拡がる扇形の集光光束を出射するサブレンズ２と、このサブレンズ２で集光された集光光束を全体として照明領域へ向けて出射するとともに、その一部を長手方向に沿って屈折させて照明領域内の遠端領域の方向へ出射するメインレンズ３とを備えている。

次に、照明光学系の構成について詳細に説明する。以下では、理解を容易とするため、照明領域をその上方に配置した照明光学系を用いて照明する場合を例として説明する。また、照明領域が伸延する長手方向を長手方向Ｘと定義し、この長手方向Ｘと直交して照明領域を横断する幅員方向を幅方向Ｙと定義し、これら長手方向Ｘおよび幅方向Ｙと直交して照明光学系から照明領域へ向かう方向を下方向Ｚと定義する。また照明光学系を照明領域の反対側から見た面を照明光学系の正面とする。

光源ユニット１は、図３に示すように、平面視長方形状の基板１１と、この基板１１の底面１２に複数のＬＥＤ素子１４が一列に実装されてなる発光部１３から構成されている。各ＬＥＤ素子は表面実装型のＬＥＤチップからなり、ＬＥＤ素子から四方へ拡散する拡散光束が出射される。この発光部１３の長手方向Ｘおよび幅方向Ｙの中心位置を発光中心点１５という。

サブレンズ２は、全体としてガラスや透明樹脂からなり、図４に示すように、光源ユニット１の発光部１３に沿って長尺の、下方へ凸の蒲鉾形状をなすシリンドリカルレンズなどのレンズ部２１と、隣接するレンズ部２１の上側端部間を連結する連結部２２とから構成されている。この連結部２２により、光源ユニット１の発光部１３の配置ピッチに応じて各レンズ部２１が並行配列されて一体化されている。各レンズ部２１の長手方向Ｘおよび幅方向Ｙの中心位置を光中心位置２３という。

メインレンズ３は、全体としてガラスや透明樹脂からなり、図５に示すように、幅方向Ｙに沿って伸延するとともに、下方へ湾曲する樋形状をなすレンズ部３１から構成されている。また、レンズ部３１は、光中心位置Ｐを中心として長手方向Ｘに沿った俯角方向において、その湾曲部分の左右の端部３Ａから底部３Ｂまでの間に、機能の異なる部分レンズ３１Ｒ，３２Ｒ，３３Ｒと部分レンズ３１Ｌ，３２Ｌ，３３Ｌがそれぞれ連接形成されている。このうち、部分レンズ３１Ｒ，３２Ｒは１つの部分レンズ（凸レンズ）３４Ｒと見なすことができ、部分レンズ３１Ｌ，３２Ｌを１つの部分レンズ（凸レンズ）３４Ｌと見なすことができ、部分レンズ３３Ｒ，３３Ｌを１つの部分レンズ（凹レンズ）３３と見なすことができる。

このようにして、光源ユニット１の発光部１３は、その長尺方向が長手方向Ｘと並行して複数並列配置され、サブレンズ２は、これら発光部１３の下方位置に、その長尺方向が発光部１３に並行してそれぞれ配置される。また、メインレンズ３は、これらサブレンズ２の下方位置に、その長尺方向がこれら発光部１３およびサブレンズ２とは直交する幅方向Ｙと並行して配置される。

図１および図２に示すように、レンズ部３１は、湾曲内側上部位置に所望の照明領域が得られる共役点として、レンズ部３１の長手方向Ｘにおける左右中央位置であって、レンズ部３１の湾曲部分の左右の端部３Ａから僅かに上方の位置に、光中心位置（光中心線）Ｐが設計されている。光源ユニット１は、発光部１３の発光中心点１５がメインレンズ３の光中心位置Ｐと一致するよう配置される。また、サブレンズ２は、レンズ部２１の光中心位置２３が、発光中心点１５と光中心位置Ｐを通過する下方向Ｚに並行な光軸Ｑ上に位置するよう、光源ユニット１とメインレンズ３との間に配置される。

これにより、光源ユニット１のＬＥＤ素子１４から下方へ出射された拡散光束が、サブレンズ２により、長手方向Ｘに沿って拡がる扇形の集光光束に集光された後、メインレンズ３により、照明領域全体へ向けて出射されるとともに、集光光束の一部が長手方向Ｘに沿って屈折して照明領域内の遠端領域の方向へ出射される。

［光学系の動作］
次に、図６〜図１０を参照して、本発明の一実施の形態にかる照明光学系の光学系の動作について説明する。
図６は、本発明の一実施の形態にかかる照明光学系を示す正面図である。図７は、本発明の一実施の形態にかかる照明光学系を示す平面図である。図８は、メインレンズの光拡散特性を示す説明図である。図９は、光源ユニット単体の配光特性を示す説明図である。図１０は、本発明の一実施の形態にかる照明光学系のメインレンズを用いた場合の光源ユニットの配光特性を示す説明図である。

照明領域８は、本実施の形態にかかる照明光学系を用いた照明により所定の輝度を得る領域であり、略長方形をなしている。レンズ部３１の光中心位置Ｐに配置された発光部１３からの拡散光束は、サブレンズ２により、長手方向Ｘに沿って拡がる扇形の集光光束に集光された後、レンズ部３１へ導かれる。
この集光光束は、幅方向Ｙにおいて少なくとも照明領域８の幅に応じた角度の拡がりを有している。このため、照明光学系から照明領域８までの距離が長い場合、図２に示したように、幅方向Ｙにおいてほぼ並行な光線をなしており、レンズ部３１では、幅方向Ｙにおいて集光光束に対してほとんど作用しない。したがって、ここでは幅方向Ｙに関する配光機能の説明は省略し、長手方向Ｘに沿った俯角方向におけるメインレンズ３の配光機能について説明する。

なお、以下では、光中心位置Ｐすなわち光源ユニット１の発光部１３の左右中心から出射された集光光束に関するメインレンズ３の配光特性を説明するが、図１に示すように、光源ユニット１の発光部１３は、長手方向Ｘに沿ってある程度の長さを有している。したがって、実際には、発光部１３の左右中心から出射された集光光束により形成された照明領域８に重なるように、この照明領域８に対して長手方向Ｘに沿って僅かにずれた照明領域が、発光部１３の左右端部から出射された集光光束に基づいてメインレンズ３により形成される。

レンズ部３１は、図８に示すように、光中心位置Ｐを中心として長手方向Ｘに沿った俯角方向において、湾曲部分の左右の端部３Ａから底部３Ｂまでの角度方向に設けた３つの角度領域θ１、θ２、θ３のそれぞれに対応して、機能の異なる部分レンズが連接形成された複合レンズから構成されている。

以下では、光中心位置Ｐから見て、角度領域θ１と角度領域θ２の境目方向を角度方向θＡと定義し、光中心位置Ｐから見て、角度領域θ２と角度領域θ３の境目方向を角度方向θＢと定義し、光中心位置Ｐから見て、真下の方向を真下方向θＣと定義する。これら角度領域θ１，θ２，θ３および角度方向θＡ，θＢは、光中心位置Ｐと真下方向θＣを結ぶ線、すなわち光軸Ｑを中心として左右対称である。

端部３Ａから始まる角度領域θ１に設けられた部分レンズ３１Ｒ，３１Ｌは、端部３Ａから角度方向θＡに向けて、その湾曲部分の厚さが徐々に厚くなる凸レンズから構成されている。
すなわち、これら部分レンズ３１Ｒ，３１Ｌは、集光光束のうち照明領域８の遠端領域８Ａより遠方へ向けて出射された光の一部を、長手方向Ｘに沿って屈折させることにより、遠端領域８Ａへ向けて出射する凸レンズである。

これにより、サブレンズ２からの集光光束のうち長手方向Ｘにおいて照明領域８より遠方方向ここでは角度領域θ１へ出射された光４１Ｒ，４１Ｌは、部分レンズ３１Ｒ，３１Ｌにより当初の進路方向より斜め下方へ屈折して、光５１Ｒ，５１Ｌとして照明領域８の遠端領域８Ａへ出射される。
したがって、凸レンズという比較的簡素な構成の部分レンズ３１Ｒ，３１Ｌにより、照明領域８内において比較的不足している遠端領域８Ａの照度を、照明領域８より遠方方向へ出射されていた無駄な光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないＬＥＤ素子であっても、照明領域８を効率よく均等に照明することができる。

角度領域θ１に続いて始まる角度領域θ２に設けられた部分レンズ３２Ｒ，３２Ｌは、角度方向θＢから角度方向θＡに向けて、その湾曲部分の厚さが徐々に厚くなる凸レンズから構成されている。
すなわち、これら部分レンズ３２Ｒ，３２Ｌは、集光光束のうち照明領域８の中央領域８Ｃと遠端領域８Ａとの間の中間領域８Ｂへ向けて出射された光の一部を、長手方向Ｘに沿って屈折させることにより、遠端領域８Ａへ向けて出射する凸レンズである。

これにより、サブレンズ２からの集光光束のうち長手方向Ｘにおいて斜め下方向ここでは角度領域θ２へ出射された光４２Ｒ，４２Ｌは、部分レンズ３２Ｒ，３２Ｌにより当初の進路方向より斜め上方へ屈折して、光５２Ｒ，５２Ｌとして照明領域８の遠端領域８Ａへ出射される。
したがって、凸レンズという比較的簡素な構成の部分レンズ３２Ｒ，３２Ｌにより、照明領域８内において比較的不足している遠端領域８Ａの照度を、照度が十分な照度の中間領域８Ｂへ出射されていた光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないＬＥＤ素子であっても、照明領域８を効率よく均等に照明することができる。

一方、角度領域θ２に続いて始まる角度領域θ３に設けられた部分レンズ３３Ｒ，３３Ｌは、角度方向θＢから底部３Ｂ方向に向けて、その湾曲部分の厚さが徐々に薄くなる凹レンズから構成されている。
すなわち、これら部分レンズ３３Ｒ，３３Ｌは、集光光束のうち照明領域の中央領域へ向けて照射された光の一部を、長手方向Ｘに沿って屈折させることにより、中間領域８Ｂまたは遠端領域８Ａへ向けて出射する凹レンズである。

これにより、サブレンズ２からの集光光束のうち長手方向Ｘにおいて中央領域８Ｃ方向ここでは角度領域θ３へ出射された光４３Ｒ，４３Ｌは、部分レンズ３３Ｒ，３３Ｌにより当初の進路方向より斜め上方へ屈折して、光５３Ｒ，５３Ｌとして照明領域８の中間領域８Ｂさらには遠端領域８Ａへ出射される。
したがって、凹レンズという比較的簡素な構成の部分レンズ３３Ｒ，３３Ｌにより、照明領域８内において比較的不足している中間領域８Ｂや遠端領域８Ａの照度を、照度が過剰な中央領域８Ｃへ出射されていた光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないＬＥＤ素子であっても、照明領域８を効率よく均等に照明することができる。

部分レンズのうち、互いに隣接する部分レンズ３１Ｒ，３２Ｒや部分レンズ３１Ｌ，３２Ｌは、いずれも凸レンズであることから、これらを一体の部分レンズとして捉えることができる。すなわち、部分レンズ３１Ｒ，３２Ｒは、遠端領域８Ａの方向すなわち角度方向θＡに光軸を有する凸レンズ３４Ｒから形成してもよい。
これにより、集光光束のうち長手方向Ｘにおいて照明領域８より遠方方向ここでは角度領域θ１へ出射された光４１Ｒと、斜め下方向ここでは角度領域θ２へ出射された光４２Ｒとが、凸レンズ３４Ｒにより屈折して、光５１Ｒ，５２Ｒとして照明領域８の遠端領域８Ａへ出射される。

同じく、部分レンズ３１Ｌ，３２Ｌは、遠端領域８Ａの方向すなわち角度方向θＡに光軸を有する凸レンズ３４Ｌから形成してもよい。
これにより、集光光束のうち長手方向Ｘにおいて照明領域８より遠方方向ここでは角度領域θ１へ出射された７１Ｌと、斜め下方向ここでは角度領域θ２へ出射された光４２Ｌとが、凸レンズ３４Ｌにより屈折して、光５１Ｌ，５２Ｌとして照明領域８の遠端領域８Ａへ出射される。

また、部分レンズのうち、互いに隣接する部分レンズ３３Ｒ，３３Ｌは、いずれも凹レンズであることから、これらを一体の部分レンズとして捉えることができる。すなわち、部分レンズ３３Ｒ，３３Ｌは、中央領域８Ｃの方向すなわち光軸Ｑ上の真下方向θＣに光軸を有する凹レンズ３３から形成してもよい。
これにより、集光光束のうち中央領域８Ｃ方向ここでは角度領域θ３へ出射された光４３Ｒ，４３Ｌが、凹レンズ３３により屈折して、光５３Ｒ，５３Ｌとして照明領域８の中間領域８Ｂおよび遠端領域８Ａへ出射される。

図１０に示すメインレンズ３の配光特性によれば、図９の光源ユニット単体の配光特性と比較して、照明領域８の遠端領域８Ａの方向、ここでは真下方向θＣ（光軸Ｑ）から長手方向Ｘにおいて約６０°の角度方向に高い光度が得られていることがわかる。
角度方向θＡや角度領域θ１については、照明光学系の設置高さと照明領域８の遠端領域８Ａとの角度位置関係により決定すればよい。また、角度方向θＢや角度領域θ２、θ３については、照明領域８の全域にわたり照度分布が所望の範囲内に納まるような角度、例えば真下方向θＣから長手方向Ｘにおいて約４０°の角度方向を選択すればよい。

［本実施の形態の効果］
このように本実施の形態は、光源ユニットからの拡散光束を照明領域の幅方向について照明領域幅に応じた角度領域に集光することにより、照明領域の長手方向に拡がる扇形の集光光束を出射するサブレンズと、このサブレンズで集光された集光光束を全体として照明領域へ向けて出射するとともに、その一部を長手方向に沿って屈折させて照明領域内の遠端領域の方向へ出射するメインレンズとを備えている。

これにより、光源ユニットのＬＥＤ素子から下方へ出射された拡散光束が、サブレンズにより、長手方向Ｘに沿って拡がる扇形の集光光束に集光された後、メインレンズにより、照明領域全体へ向けて出射されるとともに、集光光束の一部が長手方向Ｘに沿って屈折して照明領域内の遠端領域の方向へ出射される。
したがって、光源ユニットのＬＥＤ素子から拡散光束を、所定幅で伸延する所望の照明領域内に効率よく集光でき、中央領域に比較して照度が不足する遠端領域においても、十分な照度を得ることができる。このため、光源としてＬＥＤ素子を用いた場合でも、照明領域全体にわたり十分な輝度と良好な輝度均斉度で効率よく照明することが可能となる。

また、本実施の形態では、メインレンズとして、幅方向Ｙに伸延するとともに長手方向Ｘに沿って下方へ湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分の底部と端部との間に、集光光束のうち入射された光を屈折させて照明領域へ出射する１つ以上の部分レンズが形成されたレンズを用いるようにしたので、長手方向Ｘに沿って拡がる扇形の集光光束について、長手方向Ｘに沿った俯角方向において所望の配光特性を容易に得ることができる。

また、本実施の形態では、メインレンズの部分レンズとして、集光光束のうち斜め下方向へ照射される光を屈折させて、照明領域の遠端領域へ出射する凸レンズを用いるようにしたので、凸レンズという比較的簡素な構成のレンズにより、遠端領域の照度不足を、照度が十分な中間領域へ出射されていた光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないＬＥＤ素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。

また、本実施の形態では、メインレンズの部分レンズとして、集光光束のうち照明領域より遠方へ照射される光を屈折させて、照明領域の遠端領域へ出射する凸レンズを用いるようにしたので、凸レンズという比較的簡素な構成のレンズより、遠端領域の照度不足を、照明領域より遠方方向へ出射されていた無駄な光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないＬＥＤ素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。また、遠方方向へ出射される光が低減されるため、道路照明の場合には走行車両のドライバーが感じる眩しさを抑制できる。

また、本実施の形態では、メインレンズの部分レンズとして、照明領域の遠端領域の方向に光軸を有する凸レンズを用いるようにしたので、凸レンズという比較的簡素な構成のレンズにより、遠端領域の照度不足を、照度が十分な中間領域へ出射されていた光の一部、および照明領域より遠方方向へ出射されていた無駄な光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないＬＥＤ素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。また、遠方方向へ出射される光が低減されるため、道路照明の場合には走行車両のドライバーが感じる眩しさを抑制できる。

また、本実施の形態では、メインレンズの部分レンズとして、集光光束のうち中央領域へ照射される光を拡散させて、照明領域のうち当該中央領域へ出射する凹レンズを用いるようにしたので、凹レンズという比較的簡素な構成のレンズより、遠端領域の照度不足を、照度が過剰な中央領域へ出射されていた光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないＬＥＤ素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。

また、本実施の形態では、メインレンズの部分レンズとして、集光光束のうち照明領域より遠方へ向けて出射された光の一部を遠端領域へ向けて出射する凸レンズを用いるようにしたので、凹レンズという比較的簡素な構成のレンズより、遠端領域の照度不足を、照度が過剰な中央領域へ出射されていた光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないＬＥＤ素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。

また、本実施の形態では、メインレンズが、幅方向Ｙに伸びかつ下方に湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分において底部から底部と端部の間の中間部に向けて厚さが徐々に厚くなるよう形成されているため、遠端領域の照度不足を、照度が十分な中間領域へ出射されていた光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないＬＥＤ素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。

また、本実施の形態では、メインレンズが、幅方向Ｙに伸びかつ下方に湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分において端部から端部と底部の間の中間部に向けて厚さが徐々に厚くなるよう形成されているため、遠端領域の照度不足を、照明領域より遠方方向へ出射されていた無駄な光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないＬＥＤ素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。

また、本実施の形態では、メインレンズが、幅方向Ｙに伸びかつ下方に湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分において端部と底部の間の中間部から底部に向けて厚さが徐々に薄くなるよう形成されているため、遠端領域の照度不足を、遠端領域の照度不足を、照度が過剰な中央領域へ出射されていた光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないＬＥＤ素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。

また、本実施の形態では、幅方向Ｙに並列配置された光源ユニットを複数備えるとともに、これら光源ユニットごとにサブレンズを備え、メインレンズにより、これらサブレンズで集光された個々の集光光束を長手方向Ｘに沿った任意の俯角で屈折させて拡散するようにしたので、複数の光源ユニットでメインレンズを共用でき、製品・製造コストを削減できるとともに、各光源ユニットでばらつきのない配光特性を容易に実現することが可能となる。なお、１つの光源ユニットにより十分な光量が得られる場合、光源ユニットおよびサブレンズをメインレンズに対して１組だけ設けた構成でも、前述と同様の作用効果が得られる。

［実施の形態の拡張］
以上では、メインレンズ３が複数の部分レンズ３１Ｒ，３２Ｒ，３３Ｒ，３３Ｌ，３２Ｌ，３１Ｌ、あるいは部分レンズ３４Ｒ，３３，３４Ｌから構成されている場合を例として説明したが、部分レンズの構成については、これに限定されるものではなく、例えばメインレンズ３のうち特定の角度領域にのみ部分レンズを形成してもよい。

例えば、図８のうち角度領域θ１にのみ部分レンズ３１Ｒ，３１Ｌを形成し、角度領域θ２，θ３については、左右の角度方向θＡにおける厚さで湾曲部分を形成してもよい。これにより、部分レンズ３１Ｒ，３１Ｌによる作用のみを利用して、遠端領域８Ａの照度を補うことができる。
また、図８のうち角度領域θ３にのみ部分レンズ３３Ｒ，３３Ｌ、すなわち部分レンズ３３を形成し、角度領域θ１，θ２については、左右の角度方向θＢにおける厚さで湾曲部分を形成してもよい。これにより、部分レンズ３３による作用のみを利用して、中間領域８Ｂさらには遠端領域８Ａの照度を補うことができる。

また、図８のうち角度領域θ２にのみ部分レンズ３２Ｒ，３２Ｌを形成し、角度領域θ１については、左右の角度方向θＡにおける厚さで湾曲部分を形成し、角度領域θ３については、左右の角度方向θＢにおける厚さで湾曲部分を形成してもよい。これにより、部分レンズ３２Ｒ，３２Ｌによる作用のみを利用して、遠端領域８Ａの照度を補うことができる。

また、これら部分レンズ３１Ｒ，３２Ｒ，３３Ｒ，３３Ｌ，３２Ｌ，３１Ｌのいずれかを任意に組合せて形成してもよい。例えば、角度領域θ１，θ２については、部分レンズ３１Ｒ，３２Ｒ，３２Ｌ，３１Ｌ、すなわち部分レンズ３４Ｒ，３４Ｌを形成し、角度領域θ３については、左右の角度方向θＢにおける厚さで湾曲部分を形成してもよい。これにより、部分レンズ３４Ｒ，３４Ｌによる作用のみを利用して、遠端領域８Ａの照度を補うことができる。

また、これら部分レンズは、真下方向θＣを中心として左右対称に形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、左右非対称で上記部分レンズを形成してもよい。また、部分レンズ３１Ｒ，３２Ｒ，３３Ｒと部分レンズ３１Ｌ，３２Ｌ，３３Ｌは、真下方向θＣを中心としてそれぞれ左右対称な配光特性を有することを前提として説明したが、これに限定されるものではなく、それぞれ左右非対称な配光特性を有する部分レンズを形成してもよい。

本発明の一実施の形態にかかる照明光学系を示す構成図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 光源ユニットを斜め下方から見た斜視図である。 サブレンズを斜め下方から見た斜視図である。 メインレンズを斜め下方から見た斜視図である。 本発明の一実施の形態にかる照明光学系の要部を示すＡ−Ａ断面図である。 本発明の一実施の形態にかる照明光学系の要部を示すＢ−Ｂ断面図である。 メインレンズの光拡散特性を示す説明図である。 光源ユニット単体の配光特性を示す説明図である。 本発明の一実施の形態にかる照明光学系のメインレンズを用いた場合の光源ユニットの配光特性を示す説明図である。

符号の説明

１…光源ユニット、１１…基板、１２…底面、１３…発光部、１４…ＬＥＤ素子、１５…発光中心点、２…サブレンズ、２１…レンズ部、２２…連結部、２３…光中心位置、３…メインレンズ、３１…レンズ部、３Ａ…端部、３Ｂ…底部、３１Ｒ，３１Ｌ，３２Ｒ，３２Ｌ，３３Ｒ，３３Ｌ…部分レンズ、３３…部分レンズ（凹レンズ）、３４Ｒ，３４Ｌ…部分レンズ（凸レンズ）、４１Ｒ，４１Ｌ，４２Ｒ，４２Ｌ，４３Ｒ，４３Ｌ…光（屈折前）、５１Ｒ，５１Ｌ，５２Ｒ，５２Ｌ，５３Ｒ，５３Ｌ……光（屈折後）、８…照明領域、８Ａ…遠端領域、８Ｂ…中間領域、８Ｃ…中央領域、Ｐ…光中心位置、Ｑ…光軸、Ｘ…長手方向、Ｙ…幅方向、Ｚ…下方向、θ１，θ２，θ３…角度領域、θＡ…角度方向（遠端領域方向）、θＢ…角度方向（中間領域方向）、θＣ…真下方向（中央領域方向）。

Claims (10)

1. 所定幅で伸延する照明領域を、この照明領域の長手方向に並ぶ複数のＬＥＤ素子からなる光源からの拡散光束で照明する照明光学系であって、
   光源からの拡散光束を照明領域の幅方向について照明領域幅に応じた角度領域に集光することにより、照明領域の長手方向に拡がる扇形の集光光束を出射するサブレンズと、
   このサブレンズで集光された集光光束を全体として照明領域へ向けて出射するとともに、その一部を前記長手方向に沿って照明領域内の遠端領域の方向へ屈折させて出射するメインレンズと
   を備えることを特徴とする照明光学系。
2. 請求項１に記載の照明光学系において、
   前記メインレンズは、前記幅方向に伸延するとともに前記長手方向に沿って湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分の底部と端部との間に、集光光束のうち入射された光を屈折させて照明領域へ出射する１つ以上の部分レンズが形成されていることを特徴とする照明光学系。
3. 請求項２に記載の照明光学系において、
   前記メインレンズは、前記部分レンズとして、照明領域の遠端領域の方向に光軸を有する凸レンズを有することを特徴とする照明光学系。
4. 請求項２に記載の照明光学系において、
   前記メインレンズは、前記部分レンズとして、照明領域の中央領域の方向に光軸を有する凹レンズを有することを特徴とする照明光学系。
5. 請求項２に記載の照明光学系において、
   前記メインレンズは、前記部分レンズとして、集光光束のうち照明領域の中央領域と遠端領域との間の中間領域へ向けて出射された光の一部を遠端領域へ向けて出射する凸レンズを有することを特徴とする照明光学系。
6. 請求項２に記載の照明光学系において、
   前記メインレンズは、前記部分レンズとして、集光光束のうち照明領域より遠方へ向けて出射された光の一部を遠端領域へ向けて出射する凸レンズを有することを特徴とする照明光学系。
7. 請求項２に記載の照明光学系において、
   前記メインレンズは、前記部分レンズとして、集光光束のうち照明領域の中央領域へ向けて照射された光の一部を、中央領域と遠端領域の間の中間領域、または遠端領域へ向けて出射する凹レンズを有することを特徴とする照明光学系。
8. 請求項１に記載の照明光学系において、
   前記メインレンズは、前記幅方向に伸延するとともに前記長手方向に沿って湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分においてその底部から当該底部と端部の間の中間部に向けて厚さが徐々に厚くなるよう形成されていることを特徴とする照明光学系。
9. 請求項１に記載の照明光学系において、
   前記メインレンズは、前記幅方向に伸延するとともに前記長手方向に沿って湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分においてその端部から当該端部と底部の間の中間部に向けて厚さが徐々に厚くなるよう形成されていることを特徴とする照明光学系。
10. 請求項１に記載の照明光学系において、
    前記メインレンズは、前記幅方向に並列配置された複数のサブレンズにわたって前記幅方向に伸遠し、これらサブレンズからの個々の集光光束を一括して前記照明領域へ向けて出射するとともに、それぞれの一部を前記長手方向に沿って前記照明領域内の遠端領域の方向へ屈折させて出射することを特徴とする照明光学系。

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