JP2017022035A - Light projection unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LED(発光ダイオード)などの発光光源からの光を導光して、被照射面における特定範囲に均一な照度分布の光を投光する投光ユニットに関する。 The present invention relates to a light projecting unit that guides light from a light emitting light source such as an LED (light emitting diode) and projects light having a uniform illuminance distribution in a specific range on an irradiated surface.
従来から、テーパーロッド状のオプティカルインテグレータと投影レンズを組み合わせて、被照射面内における特定範囲を照度分布の均一化を図りつつ投光する投光素子が知られている(例えば、特許文献1又は特許文献2)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a light projecting element that projects a specific range in an irradiated surface while uniforming illuminance distribution by combining a tapered rod-shaped optical integrator and a projection lens (for example, Patent Document 1 or Patent Document 2).
オプティカルインテグレータは、ガラス又は光透過性の樹脂からなり、ロッドレンズ内で光源から発した光が全反射を繰り返すことで、被照射面での照度分布の均一性を高めている。特に、図8に示すように、オプティカルインテグレータ300の形状を光の入射面320から出射面330に向けてテーパ状に末広がりに広げたものでは、その出射面330から出射する出射光の出射角度を小さくできるため、被照射面における特定範囲に均一な照度分布をもった面照明を実現できる。
The optical integrator is made of glass or light transmissive resin, and light emitted from the light source in the rod lens repeats total reflection, thereby improving the uniformity of the illuminance distribution on the irradiated surface. In particular, as shown in FIG. 8, when the shape of the
特許文献1及び特許文献2に記載の投光素子は、このようなオプティカルインテグレータに対して、投影レンズをその前側焦点位置にオプティカルインテグレータの出射端面が位置するように配置してオプティカルインテグレータから出射する光を被照射面内の特定範囲に拡大して投光するものである。 The light projecting elements described in Patent Document 1 and Patent Document 2 emit light from the optical integrator by arranging the projection lens so that the exit end face of the optical integrator is positioned at the front focal position of such an optical integrator. The light is enlarged and projected to a specific range within the irradiated surface.
しかしながら、このような従来の投光素子はオプティカルインテグレータの出射面から出射する光の一部が、その出射面又は投影レンズ面で反射してしまい光の利用効率を向上させることが困難であった。また、複数の投光素子をマトリックス状に配列して投光ユニットを構成するに際しては、各投光素子が被照射面における特定範囲をそれぞれ投光するように高精度に位置決め調整しつつ、所定の配置に配列する事が容易ではないという問題があった。 However, in such a conventional light projecting element, part of the light emitted from the exit surface of the optical integrator is reflected by the exit surface or the projection lens surface, and it is difficult to improve the light utilization efficiency. . Further, when a light projecting unit is configured by arranging a plurality of light projecting elements in a matrix, each light projecting element is positioned and adjusted with high accuracy so as to project a specific range on the irradiated surface. There was a problem that it was not easy to arrange in the arrangement.
本発明は上記従来における問題点を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、光源からの光の利用効率を向上させることができ、また、複数の投光素子を、各投光素子が被照射面における特定範囲をそれぞれ投光するように高精度に位置決め調整しつつ、所定の配置に配列する事が容易である投光ユニットを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above conventional problems and achieve the following objects. That is, the present invention can improve the utilization efficiency of the light from the light source, and can provide a plurality of light projecting elements with high accuracy so that each light projecting element projects a specific range on the irradiated surface. It is an object of the present invention to provide a light projecting unit that can be easily arranged in a predetermined arrangement while performing positioning adjustment.
上記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、投光ユニットは、光源と、該光源からの光の照度分布の均一性を高めると共に、被照射面における特定範囲を投光する投光素子とを有し、前記投光素子を複数隣接させて配列してなる投光ユニットであって、前記投光素子は、前記光源からの光が入射する入射面の面積よりも出射面の面積が大きいテーパ状導光体と、前記テーパ状導光体の出射面に連設される投光レンズと、を備え、前記投光レンズは、前記テーパ状導光体からの出射光が入射するレンズ入射面と、被照射面に該テーパ状導光体からの出射光を投光する所定曲率のレンズ面と、レンズ外側面と、で中実に区画され、前記投光レンズは、該投光レンズの光軸方向の全長にわたって、該光軸と直交する方向の断面積が、前記テーパ状導光体の出射面から出射する光の光束の断面積よりも大きくなるように、前記レンズ外側面が配置され、各投光素子のお互いに隣接する前記レンズ外側面同士が連結されることにより、各投光素子が被照射面における特定範囲を投光するように各投光素子の光軸が設定されてなる。 Means for solving the above problems are as follows. In other words, the light projecting unit has a light source and a light projecting element that improves the uniformity of the illuminance distribution of light from the light source and projects a specific range on the irradiated surface, and a plurality of the light projecting elements are adjacent to each other. The light projecting element includes a tapered light guide having an exit surface area larger than an incident surface area on which light from the light source is incident, and the tapered light guide unit. A light projecting lens connected to the light emitting surface of the light body, the light projecting lens including a lens incident surface on which the light emitted from the tapered light guide is incident, and the tapered light guide on the irradiated surface. A lens surface having a predetermined curvature for projecting light emitted from the light body and an outer surface of the lens are solidly defined, and the light projecting lens extends over the entire length in the optical axis direction of the light projecting lens. The cross-sectional area in the orthogonal direction is the light flux of the light emitted from the exit surface of the tapered light guide. The lens outer surface is arranged so as to be larger than the area, and the lens outer surfaces adjacent to each other of the light projecting elements are connected to each other so that each light projecting element projects a specific range on the irradiated surface. The optical axis of each light projecting element is set so as to emit light.
また、本発明の投光ユニットは、前記投光レンズの前記レンズ外側面は、該投光レンズの光軸と直交する断面形状が多角形状である。 In the light projecting unit of the present invention, the lens outer surface of the light projecting lens has a polygonal cross-sectional shape orthogonal to the optical axis of the light projecting lens.
また、本発明の投光ユニットは、前記テーパ状導光体の出射面の形状が矩形である。 In the light projecting unit of the present invention, the shape of the exit surface of the tapered light guide is rectangular.
また、本発明の投光ユニットは、前記投光素子のお互いに隣接する前記レンズ外側面同士が連結されることにより、各投光素子が被照射面における同一領域を重畳して投光するように各投光素子の光軸が設定されてなる。 In the light projecting unit of the present invention, the lens outer surfaces adjacent to each other of the light projecting elements are connected to each other so that each light projecting element superimposes the same region on the irradiated surface. The optical axis of each light projecting element is set.
また、本発明の投光ユニットは、前記投光素子のお互いに隣接する前記レンズ外側面同士が連結されることにより、各投光素子が被照射面における異なる領域を隣接して投光するように各投光素子の光軸が設定されてなる。 In the light projecting unit of the present invention, the lens outer surfaces adjacent to each other of the light projecting elements are connected to each other so that each light projecting element projects a different area on the irradiated surface adjacent to each other. The optical axis of each light projecting element is set.
本発明によれば、光源からの光の利用効率を向上させることができ、また、複数の投光素子を、各投光素子が被照射面における特定範囲をそれぞれ投光するように高精度に位置決め調整しつつ、所定の配置に配列する事が容易である投光ユニットを提供することができる。 According to the present invention, the light use efficiency from the light source can be improved, and a plurality of light projecting elements can be projected with high accuracy so that each light projecting element projects a specific range on the irradiated surface. It is possible to provide a light projecting unit that can be easily arranged in a predetermined arrangement while adjusting the positioning.
以下、本実施の形態の投光ユニットについて図面を参照して説明する。
図1は、本実施の形態に係る投光ユニットの(a)平面図、(b)正面図、(c)右側面図、図2は、表面側外観を示す斜視図、図3は、裏面側外観を示す斜視図、図4は、投光素子を示す斜視図である。
Hereinafter, the light projecting unit of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
1A is a plan view, FIG. 1B is a front view, FIG. 2C is a right side view, FIG. 2 is a perspective view showing a front side appearance, and FIG. FIG. 4 is a perspective view showing a light projecting element.
図1から図3に示すように、本実施の形態の投光ユニット100は、光源20と、投光素子10とを有し、複数の投光素子10を隣接させてマトリックス状に配置している。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
光源20としては、所定の放射特性を有するLED(発光ダイオード)などの発光光源が用いられる。
As the
図1及び図4に示すように、投光素子10は、光源20側に配置されるテーパ状導光体30と、テーパ状導光体30の出射面側に連続して設けられる投光レンズ40とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
テーパ状導光体30は、光源20から出射した光が入射する入射面31と、その内部空間を伝搬した光が出射する出射面32とを有し、入射面31よりも出射面32の面積が大きくなるテーパ形状の中実体である。また、テーパ状導光体30の光軸と直交する断面形状は四角形状とされる。
The
テーパ状導光体30の内部空間に取り込まれた光は、その内部空間で全反射を繰り返しながら導光されて均一な光強度分布の面光源として出射面32側から出射する。この時に、テーパ状導光体30の出射面32から出射する出射光の出射角度は、入射面及び出射面の面積が等しい角柱状の導光体に比べて小さくなり、投光レンズ40内に効率的に光が取り込まれる。
The light taken into the internal space of the
投光レンズ40は、テーパ状導光体30からの出射光が入射するレンズ入射面41と、被照射面に該テーパ状導光体からの出射光を拡大して照射する所定曲率のレンズ面42と、レンズ外側面43とで中実に区画形成されている。投光レンズ40のレンズ入射面41とテーパ状導光体30の出射面32とは一体的に連設されている。
The
投光レンズ40のレンズ外側面43は、テーパ状導光体30の出射面32から所定の出射角度で出射して直接レンズ面42に到達する光線の光束を遮らないように、その光線の光束よりも外周側に位置し、投光レンズ40の光軸と直交する断面の形状が正方形状に構成される。また、投光レンズ40は、そのレンズ入射面41がテーパ状導光体30から所定の出射角度で出射する出射光が全て投光レンズ40内に取り込まれるように、テーパ状導光体30の出射面32の面積よりも大きな矩形形状とされると共に、投光レンズ40の光軸方向の全長Lにわたって、該光軸と直交する方向の断面積は、前記テーパ状導光体から出射する光の光束の断面積よりも大きくなるように構成される。
The lens
また、投光レンズ40のレンズ外側面43には、テーパ状導光体30の出射面32から所定の出射角度で出射してレンズ面42に直接到達する光線の光束を遮らない深さで、任意の形状の肉抜き44が形成されている。このような肉抜き44を形成することにより、投光素子10を光透過性樹脂により射出成型や押し出し成型によって製造した場合に構成部材を薄肉化できるので、成型速度や成型時間など点から優れ、しかもソリ、ヒケ若しくはボイド等の形状のバラつき、又は、複屈折等の光学特性のバラつきなどの問題が発生することなく、所望の光学的品質を確保することができる。
Further, the lens
投光レンズ40のレンズ面42は、レンズ面42の焦点位置がテーパ状導光体30の出射面32の位置となるように、適宜そのレンズ面の曲面が設定されている。従って、例えば、本実施の形態では、断面形状が四角形状のテーパ状導光体30から出射する矩形パターンの出射光を、被照射面において所定倍率で同一の矩形パターンに拡大して投光することができる。
The
図1から図3に示すように、本実施の形態に係る投光ユニット100は、縦方向及び横方向に複数の投光素子10を隣接させてマトリックス状に配置している。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
投光ユニット100は、各投光素子10の光軸とレンズ外側面43の該光軸に対するなす角度との相対角度関係が、各投光素子10の隣接するレンズ外側面43同士を連結することにより、各投光素子10が被照射面における特定範囲を投光するようにそれぞれ設定される。即ち、投光素子10の光軸をレンズ外側面43に対して傾けた構成、又は投光素子10の光軸に対して、レンズ外側面43を傾けた構成としてもよい。
In the
本実施の形態に係る投光ユニット100は、各投光素子10からの出射光が、被照射面における同一領域を重畳して投光するように、各投光素子10の光軸とレンズ外側面43の該光軸に対する傾斜面との相対関係が設定されている。
The
図5は、縦方向及び横方向で5×5の合計25個の投光素子を配列した投光ユニットからの出射光の配光特性を、投光ユニットの中心に位置する投光素子の光源の位置より光軸上に1m離れた位置を原点とし、該光軸にお互いに直交するXY平面(被照射面)上での、光の強度に応じた照度分布(グラフ上に示す濃淡)を示す図である。図5に示す通り、本発明の実施の形態にかかる投光ユニットは、それぞれの投光素子から出射する矩形形状の配光特性を有する出射光を被照射面上の同一領域に重畳させて投光することで、被照射面上で十分な照度を確保でき、また、矩形形状に配光特性が制御され、且つ、仮想平面の中心から所望範囲の四隅における照度も十分確保することができる。 FIG. 5 shows the light distribution characteristics of the emitted light from the light projecting unit in which a total of 25 light projecting elements of 5 × 5 in the vertical direction and the horizontal direction are arranged, and the light source of the light projecting element located at the center of the light projecting unit. The illuminance distribution (the shading shown on the graph) according to the intensity of light on the XY plane (irradiated surface) orthogonal to the optical axis, with the position 1 m away from the position on the optical axis as the origin. FIG. As shown in FIG. 5, the light projecting unit according to the embodiment of the present invention superimposes the emitted light having a rectangular light distribution characteristic emitted from each light projecting element on the same area on the irradiated surface. By illuminating, sufficient illuminance can be secured on the irradiated surface, the light distribution characteristics are controlled in a rectangular shape, and sufficient illuminance can be secured at the four corners of the desired range from the center of the virtual plane.
また、本発明の別の実施の形態に係る投光ユニット100としては、複数の投光素子のお互いに隣接するレンズ外側面43同士が連結されることにより、各投光素子10からの出射光が、被照射面における異なる領域を隣接して投光するように、各投光素子10の光軸が設定される。
Moreover, as the
図6は、中心の投光素子に対して左右に9個の投光素子を一列に合計19個配列した投光ユニットからの出射光の配光特性を表し、光軸上に中心の投光素子の光源の位置より1m離れた位置を原点とし、該光軸にお互いに直交するXY平面(被照射面)上での、光の強度に応じた照度分布(グラフ上に示す濃淡)を示す図である。図6に示す通り、本発明の別の実施の形態にかかる投光ユニットは、それぞれの投光素子から出射する矩形形状の配光特性を有する出射光を被照射面上の異なる領域に隣接して投光することで、被照射面上で広い領域を投光することができ、また、投光領域が矩形形状となるように配光特性を制御することができる。 FIG. 6 shows the light distribution characteristics of the light emitted from the light projecting unit in which nine light projecting elements on the left and right are arranged in a row with respect to the center light projecting element, and the center light projecting on the optical axis. An illuminance distribution (shading shown in the graph) corresponding to the intensity of light on an XY plane (irradiated surface) orthogonal to the optical axis with the origin at a position 1 m away from the light source position of the element. FIG. As shown in FIG. 6, the light projecting unit according to another embodiment of the present invention has a rectangular light distribution characteristic emitted from each light projecting element adjacent to different regions on the irradiated surface. By projecting the light, a wide area can be projected on the irradiated surface, and the light distribution characteristics can be controlled so that the light projected area has a rectangular shape.
本発明の投光ユニットは、ポリカーボネートやポリメタクリル酸メチル(PMMA)などの光透過性樹脂を用いて射出成型や押し出し成型によって製造される。 The light projecting unit of the present invention is manufactured by injection molding or extrusion molding using a light transmissive resin such as polycarbonate or polymethyl methacrylate (PMMA).
本実施の形態に係る投光ユニット100は、複数の投光素子10を個別に成型した後にそれぞれの投光素子10の隣接するレンズ外側面43同士を連結させて、一体の投光ユニット100として製作されるが、この例に限定されることはなく、投光ユニット100全体を一括して射出成型などにより成型してもよい。
The
以下、本発明の投光ユニットの変形例について図面を参照して説明する。
図7(a)及び図7(b)は、本発明の投光素子の変形例を示す図である。
本発明の変形例に係る投光素子としては、図7(a)に示すように、前述した投光素子10と同様に、投光素子11は、テーパ状導光体と、テーパ状導光体の出射面側に連続して設けられる投光レンズとを備えている。投光レンズのレンズ外側面は、テーパ状導光体の出射面から所定の出射角度で出射してレンズ面に到達する光線の光束よりも外周側に位置し、且つ投光レンズの光軸と直交する断面の形状が円形状となるように構成される。
Hereinafter, modifications of the light projecting unit of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 7A and FIG. 7B are diagrams showing a modification of the light projecting element of the present invention.
As shown in FIG. 7A, as the light projecting element according to the modification of the present invention, the
更に、本発明の投光ユニットの別の変形例に係る投光素子としては、図7(b)に示すように、投光素子12は、図7(a)に示す投光素子において、テーパ状導光体の出射面から所定の出射角度で出射してレンズ面に直接到達する光線の光束を遮らない深さで、肉抜きを形成したものである。
Furthermore, as a light projecting element according to another modification of the light projecting unit of the present invention, as shown in FIG. 7B, the
以上説明した本発明の投光ユニットの変形例に係る投光素子11又は12において、投光素子11又は12のレンズ外側面に平坦部を設けて、それぞれの投光素子11又は12の隣接するレンズ外側面に設けられた平坦部同士を連結させて投光ユニットとすることもできる。
In the
本実施の形態に係る投光素子10は、テーパ状導光体30はその光軸と直交する断面形状が四角形状とされるが、この例に限定されることはなく、被照射面において望まれる配光特性に応じて、例えば、その断面形状が三角形状でもよく、丸形状でもよい。
In the
本実施の形態に係る投光素子10は、投光レンズ40のレンズ外側面43は、投光レンズ40の光軸と直交する断面形状が正方形状とされるが、この例に限定されることはなく、投光ユニットの配置構成に応じて、例えば三角形でもよく、六角形などの多角形でもよい。
In the
本発明にかかる投光ユニットは、テーパ状導光体の出射面及び投光レンズのレンズ面の間の空間が光透過性材料により充填されているので、テーパ状導光体から出射する光の一部がその出射面又は投光レンズ面で反射して光の利用効率が低下することが防止できる。また、複数の投光素子を、それぞれの投光素子の隣接するレンズ外側面に設けられた平坦部同士を連結させることで各投光素子の光軸を高精度に位置決めすることが可能となるので、本発明に係る投光ユニットは、複数の投光素子の被照射面における投光範囲の設定を容易にしつつ、所定の配置に配列することができる。 In the light projecting unit according to the present invention, the space between the exit surface of the tapered light guide and the lens surface of the light projecting lens is filled with the light transmissive material, so that the light emitted from the tapered light guide is It can be prevented that a part of the light is reflected by the light exit surface or the light projecting lens surface and the light use efficiency is lowered. Moreover, it becomes possible to position the optical axis of each light projecting element with high accuracy by connecting a plurality of light projecting elements to flat portions provided on the lens outer surfaces adjacent to each light projecting element. Therefore, the light projecting unit according to the present invention can be arranged in a predetermined arrangement while facilitating the setting of the light projecting range on the irradiated surface of the plurality of light projecting elements.
本発明に係る投光ユニットは、LED光源を用いた車両用灯具に好適である。特に所定の配光パターンを有する複数のLED光源を用いた車両用灯具に好適である。 The light projecting unit according to the present invention is suitable for a vehicle lamp using an LED light source. It is particularly suitable for a vehicle lamp using a plurality of LED light sources having a predetermined light distribution pattern.
10 投光素子
20 光源
30 テーパ状導光体
40 投光レンズ
41 レンズ入射面
42 レンズ面
43 レンズ外側面
100 投光ユニット
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記投光素子は、前記光源からの光が入射する入射面の面積よりも出射面の面積が大きいテーパ状導光体と、
前記テーパ状導光体の出射面に連設される投光レンズと、を備え、
前記投光レンズは、前記テーパ状導光体からの出射光が入射するレンズ入射面と、被照射面に該テーパ状導光体からの出射光を投光する所定曲率のレンズ面と、レンズ外側面と、で中実に区画され、
前記投光レンズは、該投光レンズの光軸方向の全長にわたって、該光軸と直交する方向の断面積が、前記テーパ状導光体の出射面から出射する光の光束の断面積よりも大きくなるように、前記レンズ外側面が配置され、
各投光素子のお互いに隣接する前記レンズ外側面同士が連結されることにより、各投光素子が被照射面における特定範囲を投光するように各投光素子の光軸が設定されてなる事を特徴とする投光ユニット。 A light source and a light projecting element that enhances the uniformity of the illuminance distribution of light from the light source and projects a specific range on the irradiated surface, and a plurality of the light projecting elements are arranged adjacent to each other. An optical unit,
The light projecting element includes a tapered light guide having an exit surface area larger than an entrance surface area on which light from the light source is incident;
A light projecting lens connected to the exit surface of the tapered light guide,
The light projecting lens includes a lens incident surface on which light emitted from the tapered light guide is incident, a lens surface having a predetermined curvature for projecting light emitted from the tapered light guide on an irradiated surface, and a lens. The outer side and the solid compartment,
The light projecting lens has a cross-sectional area in a direction perpendicular to the optical axis over the entire length of the light projecting lens in the optical axis direction, which is larger than the cross-sectional area of the light beam emitted from the exit surface of the tapered light guide. The lens outer surface is arranged to be large,
By connecting the lens outer surfaces adjacent to each other of the light projecting elements, the optical axis of each light projecting element is set so that each light projecting element projects a specific range on the irradiated surface. Projection unit characterized by things.
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