JP2017103025A - ライトガイド及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学的品質を確保することができ、コスト性や量産性に優れ、広い照射領域に均一な照度分布をもった面照明を実現することができるライトガイド及び照明装置を提供する。
【解決手段】光源からの光が入射する入射面、該入射面から入射した光を被照射面に向けて出射する出射面、及び外側面を有し、該入射面、該出射面、及び該外側面で区画される導光空間に光源からの光を導光して、前記被照射面の特定範囲に所望の照度分布を得る為の樹脂製のライトガイドであって、前記ライトガイドは、その回転対称軸を含む平面で分割された複数のライトガイド要素を組み合わせてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子からの入射光を導光して、被照射面の特定範囲に所望の照度分布を得る為のライトガイド及びこれをもちいる照明装置に関する。

従来、光源からの光束に対して、その光軸と垂直な被照射面内における特定範囲の照度分布の均一性を高める手段としてオプティカルインテグレータが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００４−７００９５号公報 特開２００６−３３０４９２号公報

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、角柱状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るものである。特に、図１０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に向けて末広がり状に広げたテーパ形状としたものでは、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。

図１１のグラフは、従来のオプティカルインテグレータ３００から出射する光の配光特性を、光軸上の光源（図示せず）より１ｍ離れた位置を原点とする光軸に直交する仮想平面であるＸＹ平面上（位置空間）での、光の強度に応じた照度分布（グラフ上に示す濃淡）によって示す図である。

しかしながら、このような従来の樹脂材料からなるオプティカルインテグレータは、射出成型や押し出し成型によって製造される為に、コスト性や量産性に優れるが、中実ロッド状の肉厚成型品である為に、樹脂の成型速度や成型時間などの成型条件がシビアとなり、成型品の形状や成型条件によっては、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が発生して、所望の光学的品質を確保することができないという問題があった。特に、広い照射領域を求められる場合には、オプティカルインテグレータの出射面を大きくする必要があり、全体としての体積が大きくなることから、これら成型時の問題が顕著であった。

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、光学的品質を確保することができ、コスト性や量産性に優れ、広い照射領域に均一な照度分布をもった面照明を実現することができるライトガイド及び照明装置を提供することを目的とする。

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、本発明のライトガイドは、光源からの光が入射する入射面、該入射面から入射した光を被照射面に向けて出射する出射面、及び外側面を有し、該入射面、該出射面、及び該外側面で区画される導光空間に光源からの光を導光して、前記被照射面の特定範囲に所望の照度分布を得る為の樹脂製のライトガイドであって、前記ライトガイドは、その回転対称軸を含む平面で分割された複数のライトガイド要素を組み合わせてなる。

また、上記発明において、前記各ライトガイド要素が、前記回転対称軸の周りに均等に分割されてなる。

また、上記発明において、前記各ライトガイド要素が、前記回転対称軸の周りに不均等に分割されたライトガイド要素を含む。

また、上記発明において、前記ライトガイド要素が、前記回転対象軸の周りに離散的に配置されてなる。

本発明の照明装置は、光源と、前記ライトガイドと、を有する。

また、本発明の照明装置は、前記光源が、各ライトガイド要素にそれぞれ配置されてなる。

また、本発明の照明装置は、前記複数のライトガイド要素のうちの1つのライトガイド要素に配置される前記光源が、他のライトガイド要素に配置される前記光源に対して、前記回転対象軸の周りに異なる位置に配置されてなる。

本発明によれば、光学的品質を確保することができ、コスト性や量産性に優れ、広い照射領域に均一な照度分布をもった面照明を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドの外観を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドの（ａ）平面図、（ｂ）斜視図である。 第２の実施の形態に係るライトガイドの（ａ）平面図、（ｂ）斜視図である。 第３の実施の形態に係るライトガイドの（ａ）平面図、（ｂ）斜視図である。 本発明の照明装置を示す図である。 （ａ）は本発明の照明装置における光源の配置例を示す平面図、（ｂ）は、光源の配置を示す変形例である。 本発明の別の実施の形態に係る照明装置を示す図である。 本発明の照明装置からの出射光の配光特性を示す図である。 本発明のライトガイドの変形例を示す正面図である。 従来のオプティカルインテグレータを示す斜視図である。 従来のオプティカルインテグレータを用いた照明装置からの出射光の配光特性を示す図である。

［ライトガイド］
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施の形態に係るライトガイドについて図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施の形態に係るライトガイドの外観を示す斜視図、図２は、第１の実施の形態に係るライトガイドの（ａ）平面図、（ｂ）斜視図である。

第１の実施の形態にかかるライトガイド１０は、図示しない光源からの光が入射する円形の入射面２０と、入射面２０から入射した光を被照射面に向けて出射する出射面３０と、入射面２０から出射面３０にかけて拡径する円錐台形状の外観を有する外側面４０と、を有する。出射面３０は、入射面２０から入射し外側面４０の内面側を全反射しながら伝搬した光を出射面３０からライトガイド１０の光軸方向に所定距離はなれた被照射面において、所望の照度分布が得られるように、被照射面側に凸面を向けた球面レンズ形状とされる。

ライトガイド１０は、図１及に示すように、回転対称軸Ｚを含む平面Ａ及び平面Ｂで分割されたライトガイド要素１１及び、同様に分割されたライトガイド要素１２から１４の４つの各ライトガイド要素を組み合わせて、全体として一つのライトガイドが構成される。また、各ライトガイド要素１１から１４は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ライトガイド１０を、その回転対称軸Ｚの周りに均等に４分割した構成とされる。

第１の実施の形態にかかるライトガイドは、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。

第１の実施の形態に係るライトガイド１０において、各ライトガイド要素１１から１４の入射面側から入射した光の一部は、それぞれの外側面の内面側で全反射を繰り返しながら回転対称軸Ｚと並行な光軸方向に出射面側から出射される。また、ライトガイド要素１１の入射面側から入射した光の一部は、ライトガイド要素１１を区画する平面Ａ及び平面Ｂで全反射を繰り返しながら光軸方向伝搬し、出射面側から出射される。その他のライトガイド要素１２から１４についても同様に、回転対称軸Ｚを含む平面で全反射を繰り返しながら出射面側から出射される。

ここで、ライトガイド要素１１に入射した光が、ライトガイド要素１１を区画する平面Ａ及び平面Ｂで反射（全反射）を繰り返すことによって、入射光の光源像の虚像が回転対称軸Ｚの周りに理論上無限に展開されることとなる。また、その他のライトガイド要素１２から１４に入射した入射光の光源像についても同様に回転対称軸Ｚの周りに展開される。従って、第１の実施の形態に係るライトガイド１０は、ライトガイド１０がライトガイド要素１１から１４に分割されていても、被照射面において均一な照度分布の出射光を得ることができる。

各ライトガイド要素１１から１４の出射面は、各ライトガイド要素１１から１４が組合わされた状態で、ライトガイド１０の出射面形状が被照射面側に凸面を向けた球面レンズ形状とされるので、出射面３０を透過する光が適宜屈折させられて、ライトガイド１０の光軸方向に所定距離はなれた被照射面において、所望の照度分布が得られる。

〔第２の実施の形態〕
以下、本発明の第２の実施の形態に係るライトガイドについて図面を参照して説明する。
図３は、第２の実施の形態に係るライトガイドの（ａ）平面図、（ｂ）斜視図である。

第２の実施の形態にかかるライトガイド１０は、図示しない光源からの光が入射する矩形状の入射面２０と、入射面２０から入射した光を被照射面に向けて出射する矩形状の出射面３０と、入射面２０から出射面３０にかけて拡径する角錐台形状の外観を有する外側面４０と、を有する。出射面３０は、入射面２０から入射し、外側面４０の内面側を全反射しながら伝搬した光を出射面３０からライトガイド１０の光軸方向に所定距離はなれた被照射面において、所望の照度分布が得られるように、被照射面側に凸面を向けた球面レンズ形状とされる。

第２の実施の形態にかかるライトガイド１０は、第１の実施の形態にかかるライトガイドと同様に、回転対称軸の周りに均等に分割された８つのライトガイド要素１１から１８を組み合わせて、全体として一つのライトガイド１０が構成される。その他の構成や材料等については、第１の実施の形態にかかるライトガイドと同様であるので説明を省略する。

第１及び第２の実施の形態にかかるライトガイドは、ライトガイドを単一部品で成型する場合に比べて、複数のライトガイド要素に適切に分割することで、各ライトガイド要素の体積や各部位の肉厚を樹脂の成型速度や成型時間などの成型条件に応じて最適化する事が出来る為に、出射光の照度分布の均一性を確保しつつ、成型時の成型不良に起因するソリ、ヒケ若しくはボイド等の形状のバラつき、又は、複屈折等の光学的品質不良を防止することが可能となる。更に、入射する光が均一な面光源ではない場合であっても、ライトガイド１０の出射面３０から均一な照度分布の光を得る事ができる。

〔第３の実施の形態〕
以下、本発明の第３の実施の形態に係るライトガイドについて図面を参照して説明する。
図４は、第３の実施の形態に係るライトガイドの（ａ）平面図、（ｂ）斜視図である。

第３の実施の形態にかかるライトガイド１０は、第１の実施の形態において説明したライトガイド要素として、ライトガイド１０の回転対称軸の周りに、平面視で中心角４５度の円弧状のライトガイド要素１１から１４が、その回転対称軸の周りに離散的に配置されてなる。即ち、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、各ライトガイド要素１１から１４の間は、お互いに均等な間隔を有して、それぞれのライトガイド要素１１から１４が配置される。その他の構成や材料等については、第１の実施の形態にかかるライトガイドと同様であるので説明を省略する。

第３の実施の形態にかかるライトガイド１０は、第１及び第２の実施の形態に係るライトガイドと同様に、ライトガイド要素１１に入射した入射光の光源像の虚像が回転対称軸Ｚの回りに理論上無限に広がることとなる。また、その他のライトガイド要素１２から１４に入射した入射光の光源像についても同様となる。従って、第１の実施の形態に係るライトガイド１０と同様に、ライトガイド要素１１から１４が、回転対称軸の回りに離散的に組み合わされていても、均一な出射光を得ることができる。

［照明装置］
以下、本発明の照明装置について図面を参照して説明する。
図５は、本発明の照明装置を示す図である。図６（ａ）は本発明の照明装置における光源の配置例を示す平面図である。また図６（ｂ）は、光源の配置を示す変形例である。

図５に例示するように、本発明の照明装置１００は、第１実施の形態で説明したライトガイド１０と、ライトガイド１０の入射面２０に配置されるＬＥＤ光源などの光源５０と、を備えている。また、図中、Ｉは、ＬＥＤ５０から光軸方向に５ｍ離れた位置に設定された被照射面を表す。

本発明の照明装置１００は、図６（ａ）に示すように、各ライトガイド要素１１から１４の入射面に対向する位置に、ＬＥＤ５１から５４がそれぞれ配置される。

本発明の照明装置１００によれば、ＬＥＤ５１から５４が点光源であっても、各ライトガイド要素１１から１４に入射した入射光の光源像の虚像が、回転対称軸Ｚの回りにそれぞれ無限に展開されることとなり、被照射面において均一な照度分布となる出射光を得ることができる。特に、各ＬＥＤ５１から５４の輝度が不均一な場合であっても、ライトガイド１０の出射面３０から均一な光を得る事ができる。

図６（ｂ）は、本発明の照明装置１００の変形例を示す。図６（ｂ）に示すように本発明の照明装置１００の変形例は、ライトガイド要素１１から１４のうちの1つのライトガイド要素１１に配置される光源５１が、他のライトガイド要素１２から１４に配置される光源５２から５４に対して、回転対象軸Ｚの周方向（Ｚθ方向）に異なる位置に配置される。即ち、ライトガイド要素１１に配置される光源５１は、他のライトガイド要素５２から５４に配置される光源５２から５４に対して、回転非対称配置とされる。

本発明の照明装置の変形例によれば、各ライトガイド要素１１から１４に入射した入射光の光源像の虚像が回転対称軸Ｚの回りランダムにそれぞれ無限に広がる事から、ライトガイド１０の出射面３０から、より均一な照度分布の光を得る事ができる。

本発明の照明装置の他の変形例としては、各ライトガイド要素１１から１４に配置される光源５１から５４は、お互いに他の光源に対して回転対称軸の周方向（Ｚθ方向）に異なる位置にランダムに配置とされることにより、更に均一な照度分布の光を得る事ができる。

図７は、本発明の別の実施の形態に係る照明装置を示す図である。
図７に示すように、本実施の形態に係る照明装置は、ライトガイドを構成する各ライトガイド要素１１から１８が、ライトガイドの回転対称軸を含む平面で、その回転対称軸の周りに不均等に分割される。例えば、ライトガイド要素１１とライトガイド要素１２とは、ライトガイドの回転対称軸の回転方向における周長が異なるように不均等に分割される。また、ライトガイド要素１５とライトガイド要素１６とも、同様に不均等に分割される。

本発明の実施の形態に係る照明装置は、図７に示すように、各ライトガイド要素１１から１８の入射面に対向する位置に、ＬＥＤ５１から５８がそれぞれ配置される。

本発明の実施の形態に係る照明装置によれば、各ライトガイド要素１１から１８に入射した入射光の光源像の虚像が対称軸の回りランダムにそれぞれ無限に展開される事から、より均一な照度分布の光を得る事ができる。

図８は、図５及び図６（ａ）に示した照明装置１００からの出射光の配光特性を、照明装置１００の光軸上に光源５０の位置より５ｍ離れた位置を原点とする光軸に直交する被照射面であるＸＹ平面上（位置空間）での光の強度に応じた照度分布（グラフ上に示す濃淡）によって示す図である。前述の通り、本発明の照明装置１００は、ライトガイド１０を構成する各ライトガイド要素１１から１４に入射したＬＥＤ光源５１から５４の各入射光の光源像の虚像が対称軸Ｚの回りにそれぞれ無限に広がることとなり、図８に示すように、ライトガイド１０からの出射光は、被照射面Ｉにおいて均一な照度分布の出射光を得ることができる。

本実施の形態にかかるライトガイド１０は、各ライトガイド要素１１から１４の間は、お互いに均等な間隔を有して、それぞれのライトガイド要素１１から１４が配置される例を示したが、各ライトガイド要素１１から１４の間の間隔がそれぞれ異なるように不均等に配置されてもよい。

以下、本発明のライトガイドの変形例について図面を参照して説明する。
図９（ａ）から図９（ｄ）は、本発明のライトガイドの変形例を示す正面図である。

図９（ａ）に示すように、本発明の変形例に係るライトガイドは、その出射面の平面視における形状が六角形とされる。そして、ライトガイドを構成する各ライトガイド要素が、ライトガイドの回転対称軸を含む平面で６分割された６つのライトガイド要素を組み合わせて全体として一つのライトガイドが構成される。また、ライトガイドの出射面は被照射面側に凸面を向けた球面レンズ形状とされることが好ましい。なお、ライトガイドの入射面の形状は、特に制限はなく、出射面の形状と同一の六角形でもよく、また、円形としてもよい。その他の構成については、第１の実施の形態にかかるライトガイドと同様とすることができるので説明を省略する。

図９（ｂ）に示すように、別の変形例に係るライトガイドは、出射面の形状が平面視で三角形とされる。そして、ライトガイドを構成する各ライトガイド要素が、ライトガイドの回転対称軸を含む平面で３分割された各ライトガイド要素を組み合わせて全体として一つのライトガイドが構成される。また、ライトガイドの出射面は被照射面側に凸面を向けた球面レンズ形状とされることが好ましい。また、入射面の形状は、特に制限はなく、出射面の形状と同一の三角形でもよく、また、円形としてもよい。その他の構成については、第１の実施の形態にかかるライトガイドと同様とすることができるので説明を省略する。

図９（ｃ）に示すように、別の変形例に係るライトガイドは、出射面の形状が平面視で三角形とされる。そして、ライトガイドを構成する各ライトガイド要素が、出射面の平面視における各辺の中点及び回転対称の対称軸を含む平面で３分割された各ライトガイド要素を組み合わせて全体として一つのライトガイドが構成される。ライトガイドの出射面は被照射面側に凸面を向けた球面レンズ形状とされることが好ましい。その他の構成については、第１の実施の形態にかかるライトガイドと同様とすることができるので説明を省略する。

図９（ｄ）に示すように、別の変形例に係るライトガイドは、出射面の形状が六角形とされる。そして、ライトガイドを構成する各ライトガイド要素が、ライトガイドの回転対称軸を含む平面で４分割された各ライトガイド要素を組み合わせて全体として一つのライトガイドが構成される。また、ライトガイドの出射面は被照射面側に凸面を向けた球面レンズ形状とされることが好ましい。その他の構成については、第１の実施の形態にかかるライトガイドと同様とすることができるので説明を省略する。

本発明のライトガイド又は照明装置は、コスト性や量産性に優れると共に、広い照射領域に均一な照度分布の配光特性を得る事ができる。従って、特に車両の灯火類や室内・外照明などの照明用途に特に好適である。

１０ ライトガイド
２０ 入射面
３０ 出射面
４０ 外側面
１１、１２、１３，１４ ライトガイド要素
５０ 光源
１００ 照明装置

Claims (7)

1. 光源からの光が入射する入射面、該入射面から入射した光を被照射面に向けて出射する出射面、及び外側面を有し、該入射面、該出射面、及び該外側面で区画される導光空間に光源からの光を導光して、前記被照射面の特定範囲に所望の照度分布を得る為の樹脂製のライトガイドであって、
   前記ライトガイドは、その回転対称軸を含む平面で分割された複数のライトガイド要素を組み合わせてなる事を特徴とするライトガイド。
2. 前記各ライトガイド要素が、前記回転対称軸の周りに均等に分割されてなる請求項１に記載のライトガイド。
3. 前記各ライトガイド要素が、前記回転対称軸の周りに不均等に分割されたライトガイド要素を含む請求項１に記載のライトガイド。
4. 前記ライトガイド要素が、前記回転対象軸の周りに離散的に配置されてなる請求項１に記載のライトガイド。
5. 光源と、請求項１から請求項４のいずれかに記載のライトガイドと、を有する照明装置。
6. 前記光源が、各ライトガイド要素にそれぞれ配置されてなる請求項５に記載の照明装置。
7. 前記複数のライトガイド要素のうちの1つのライトガイド要素に配置される前記光源が、他のライトガイド要素に配置される前記光源に対して、前記回転対象軸の周りに異なる位置に配置されてなる請求項６に記載の照明装置。