JP2016207489A - 照射範囲設定用光学素子、及び、照明装置 - Google Patents
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例えば特許文献1には、基板上に配置された複数のマイクロミラー(ミラー板)間の隙間に遮光手段を設けた構成が開示されている。この構成では、遮光手段を設けることで、各マイクロミラー間の隙間に入射した光が基板で反射されてから再び隙間を通って射出しないため、フレアの発生を防止することができる。
図1に示すように、照明装置1は、光源12と、平行化レンズ14と、照射範囲設定用光学素子20と、ミラーアレイ30と、を備える。光源12、平行化レンズ14、照射範囲設定用光学素子20及びミラーアレイ30は、ケース11の内部に設けられている。
ケース11には、ミラーアレイ30において反射した光を外方に出射させるための開口H1が形成されている。
ケース11の形状及び材質は、その内部に光源12、平行化レンズ14、照射範囲設定用光学素子20及びミラーアレイ30を所定の位置に保持するように収容可能であって、内部の光を開口H1のみから出射させることができれば、特に限定されない。
本実施形態の光源12は、LED(Light Emitting Diode)であるが、例えばフィラメント灯やこれら以外のものであってもよい。また、本実施形態の光源12の数は一つであるが、例えば複数であってもよい。
光源12から発せられる光は、光源12の光の出射方向(すなわち、光軸Aの前進方向)の後方の点Sを中心として発散する発散光である。光源12は、点Sから光軸A上を距離L1で前進した位置に配置されている。
ミラーアレイ30は、例えば一つのミラーセルによって構成されていてもよいし、例えば複数のミラーセルによって構成されていてもよい。
ミラーセル31は、例えば図2及び図3に示すように、ベース部32と、ミラー板33と、を備える。
ベース本体34は、例えば基板または板状に形成された絶縁材である。
支持部35は、ベース本体34の主面34aから突出して設けられ、ミラー板33をベース本体34の主面34aの上方に間隔をあけた位置で揺動可能に支持する。本実施形態の支持部35は、枠部36と、複数の梁部37と、を備える。
梁部37は、枠部36の周方向に間隔をあけて複数配列される。各梁部37は、ミラー板33の周縁部から枠部36まで延びている。また、各梁部37は、例えば弾性変形可能に形成される。本実施形態において、各梁部37は、ミラー板33の角部と該角部に対向する枠部36の角部とを接続する。
ミラー板33は、平坦な反射面33rを有する。ミラー板33の反射面33rは、前述したミラーセル31の反射面31rに相当する。ミラー板33は、任意の平面視形状に形成されてよいが、本実施形態では平面視矩形状に形成されている。
照射範囲設定用光学素子20は、図4及び図5に示すように、入射側に位置する複数の第一面21,…,21と、出射側に位置する複数の第二面22,…,22と、を備える。本実施形態において、第一面21及び第二面22の数は、ミラーセル31の数に対応する。
第一平面21Pは、光軸Axに直交する平坦な面であり、光軸Axに平行する入射光の向きを変えずに、この入射光を第二面22に向けて進行させる。
第一屈折面21Rは、第一平面21Pの外周縁に設けられる。第一屈折面21Rは、第一平面21Pの外周縁に滑らかに連なる。第一屈折面21Rは、第一平面21Pの外周縁から離れるに従って、第一平面21Pに対して光の進行方向前側(図4及び図5において右側)に向けて傾斜する傾斜角度が漸次大きくなる断面円弧状の湾曲面に形成されている。第一屈折面21Rは、上記入射光を光軸Axに近接する方向に屈折させた上で第二面22に向けて進行させる。
第二平面22Pは、第一平面21Pに平行し、第一平面21Pに対して光の進行方向前側に所望の間隔をあけて位置している。第二平面22Pは、第一平面21Pからの光の向きを変えずに、この光を出射する。
第二屈折面22Rは、第二平面22Pの外周縁に設けられる。第二屈折面22Rは、第二平面22Pの外周縁に滑らかに連なる。第二屈折面22Rは、第二平面22Pの外周縁から離れるにしたがって、第二平面22Pに対して光の進行方向前側に向けて傾斜する傾斜角度が漸次大きくなる断面円弧状の湾曲面に形成されている。第二屈折面22Rは、第一屈折面21Rによって屈折された屈折光を光軸Axに平行する方向に屈折させ、出射する。
これにより、図6及び図7に示すように、第二面22から出射される平行光(以下、第二平行光とする)の光路断面C2を第一面21に入射される第一平行光の光路断面C1よりも小さくすることができる。
一方、第二面22の照射無効領域RIの大きさや形状は、例えば複数のミラー板33の反射領域の間の隙間領域に対応しているため、複数のミラー板33の間の隙間領域には、光が入射されない。
これにより、第一平行光の光路断面C1がミラー板33の反射領域(反射面33r)よりも大きくても、第一平行光を欠損させることなく、第一平行光全体を第二平行光として、ミラー板33の反射領域内に入射させることができる。その結果、光源12から発せられた光を無駄にすることなく、照射光として有効に活用することができる。
このため、図6に示すように、第一平行光の一部(例えば、図6に示す成分a4)が第一平面21P及び第二平面22Pを順次透過し、そのまま光軸Axに平行する方向に進行することで、第二平行光の一部として第二面22から出射される。
一方、第一平行光の一部の外周縁の残部(例えば、図6に示す成分a1,a2,a3)は第一屈折面21Rによって光軸Axに近接する方向に屈折される。その後、屈折光が第二屈折面22Rによって光軸Axに平行する方向に屈折され、第二平行光の残部として第二面22から出射される。
また、第一平面21P及び第二平面22Pの寸法、第一屈折面21R及び第二屈折面の寸法と曲率等を適切に設計することで、光路断面C1に対する光路断面C2の大きさを容易に最適化することができる。つまり、照射範囲設定用光学素子20によって光路断面C2を所望の範囲に設定することができる。
これにより、複数の第一面21に入射される第一平行光を、光軸Axに対して垂直な方向に区分でき、区分された複数の第一平行光を、第二面22から各々光路断面が縮小された複数の第二平行光として出射させることができる。そして、これら複数の第二平行光を複数のミラー板33の反射領域に各々照射することができる。すなわち、照射範囲設定用光学素子20を複数のミラーセル31を備えるミラーアレイ30に適用することができる。特に、本実施形態の照射範囲設定用光学素子20は、小型化に伴ってミラー板33の反射領域に対するミラー板33間の隙間領域の比率が大きくなるミラーアレイ30に好適である。
上記構成によれば、照射範囲設定用光学素子20の上記作用効果に基づき、光源12から発せられた光を無駄にすることなく、ミラーアレイ30において反射させ、照射光として有効に活用することができる。
これに対し、本実施形態の照射範囲設定用光学素子20では、ミラー板33の幅に対する枠部36(ミラー板33間の隙間)の幅の比率を勘案して、第一平面21P及び第二平面22Pの寸法、第一屈折面21R及び第二屈折面の寸法と曲率等を最適設計することで、ミラー板33の幅に対する枠部36の幅の比率に関わらず、光源12から発せられた光を無駄にすることなく、照射光として有効に活用することができる。
従って、特にミラーアレイ30を小型化する場合に、本実施形態の照射範囲設定用光学素子20を用いることは非常に有効である。
ミラー板33の反射領域、及び、第二平行光の光路断面C2の平面視形状が互いに相似する場合には、ミラー板33の反射領域全体に第二平行光を照射し、照射された光を有効に活用することができる。
図8及び図9に示す灯火装置50A,50Bは、例えば車両用の灯火装置であって、自動二輪車や自動四輪車等の車両の前方を照らすヘッドライトである。
ハウジング52には、照明装置1からの照射光を反射鏡43で反射した光を外方に出射させるための開口H52が形成されている。ハウジング52の開口H52は、例えば車両の前方側に向けられる。
反射鏡43の反射面43rの形状は任意であってよい。すなわち、反射鏡43は、例えば凸面鏡や凹面鏡であってよい。
このような構成においては、照明装置1から出射された光が、反射鏡43において反射され、さらに、レンズカバー45を通過した上で、車両の前方側の照射領域に照射される。なお、図8において、ハウジング52の開口H52及びレンズカバー45は平面視矩形状に形成されているが、これらの平面視形状は矩形に限定されず、所望の形状とすることができる。
さらに、本実施形態の照射範囲設定用光学素子20を備えることで、照射光を無駄にすることなく、光源12からの光の光量を保持しながら照明装置1を小型化し、それに伴って灯火装置50Aを小型化することができる。
ハウジング53の外形輪郭は図8に例示したハウジング52とは異なるものの、ハウジング53には、図8のハウジング52と同様に、照明装置1からの照射光を反射鏡44で反射した光を外方に出射するための開口H53が形成されている。ハウジング53の開口H53は、例えば車両の前方側に向けられる。
さらに、本実施形態の照射範囲設定用光学素子20を備えることで、照射光を無駄にすることなく、光源12からの光の光量を保持しながら照明装置1を小型化し、それに伴って灯火装置50Bを小型化することができる。
また、第二平行光の光路断面C2の平面視形状は、少なくとも平面視において光路断面C2がミラー板33の反射領域(反射面33r)内に収まる形状であればよく、例えばミラー板33の反射領域の平面視形状と異なってもよい。
例えば、ミラー板33の反射領域の平面視形状が矩形であり、光路断面C2の平面視形状が前記反射領域に収まる大きさの円形であってもよい。また、例えば、ミラー板33の反射領域の平面視形状が円形であり、光路断面C2の平面視形状が前記反射領域に収まる大きさの矩形であってもよい。
12 光源
14 平行化レンズ
20 照射範囲設定用光学素子
21 第一面
21P 第一平面
21R 第一屈折面
22 第二面
22P 第二平面
22R 第二屈折面
30 ミラーアレイ
31 ミラーセル
31r,33r 反射面(反射領域)
33 ミラー板
A,Ax 光軸
C1,C2 光路断面
Claims (5)
- 光軸に対して平行な入射光の少なくとも一部を前記光軸に近接する方向に屈折させる第一面と、
前記第一面で屈折した屈折光を前記光軸に平行する方向に屈折させて出射する第二面と、を備えた照射範囲設定用光学素子。 - 前記第一面は、前記光軸を中心とする所定領域を有し、前記光軸に対して直交する第一平面と、前記第一平面の外周縁に設けられ、前記入射光を前記光軸に近接する方向に屈折させる第一屈折面と、を備え、
前記第二面は、前記光軸を中心とする所定領域を有し、前記第一平面に平行して配置され、前記第一平面を通過した光が通る第二平面と、前記第二平面の外周縁に設けられ、前記屈折光を前記光軸に平行する方向に屈折させる第二屈折面と、を備えた請求項1に記載の照射範囲設定用光学素子。 - 複数の前記第一面が、前記光軸に直交する方向に互いに隣接して配列され、
複数の前記第二面が、前記光軸に直交する方向に互いに間隔をあけて配列される請求項1又は請求項2に記載の照射範囲設定用光学素子。 - 光源と、前記光源から発せられた光を光軸に対して平行な光とする平行化レンズと、前記平行化レンズから出射された前記平行な光を入射光とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の照射範囲設定用光学素子と、前記照射範囲設定用光学素子から出射された出射光を所定の方向に反射させるミラー板を有するミラーセルと、を備え、
前記照射範囲設定用光学素子の前記第二面から出射された出射光が前記ミラー板の反射領域内に入射される照明装置。 - 前記第二面から出射される出射光の光路断面の形状が前記ミラー板の反射領域の形状に相似する請求項4に記載の照明装置。
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