JP2018077935A - Luminaire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明装置に関するものであり、特に、ヘッドアップディスプレイに使用される高輝度の照明装置に関するものである。 The present invention relates to a lighting device, and more particularly to a high-luminance lighting device used for a head-up display.
近年、航空機や車両の運転者等に対して、その前方視野内に画像情報を提供する手段としてヘッドアップディスプレイ(Head Up Display:HUD)が用いられるようになっている。ヘッドアップディスプレイ用の照明装置は、100万cd/m2以上の高輝度が必要であるとされている。
例えば特許文献1に記載の従来の車載用の照明装置は、複数のLEDを二次元状に配列してなる面光源と、面光源からの光を略平行光に変換するために、各LEDに対応する位置に設けられたフレネルレンズからなる集光手段と、集光手段のフレネルレンズよりも口径の小さいフレネルレンズを、集光手段よりも高密度に配列してなる光拡散手段と、を備える。この照明装置は、液晶パネルとともにヘッドアップディスプレイに好適な高輝度の光源ユニットを構成することができる。
In recent years, a head-up display (HUD) has been used as a means for providing image information in the forward field of view to a driver of an aircraft or a vehicle. It is said that a lighting device for a head-up display requires high luminance of 1 million cd / m 2 or more.
For example, a conventional in-vehicle illumination device described in
しかしながら、上述した特許文献1に記載の直下型の照明装置の場合、高輝度のLEDが二次元状に配列されているため、各LEDの中心では明るく、隣接するLEDの間では暗くなる。すると、照明装置全体としては、輝度が不均一になり、見栄えが悪いという問題が生じていた。
そこで、本発明は、上述した問題点を解消し、輝度の均一性に優れ、かつ、高輝度の照明装置を提供することを目的とする。
However, in the case of the direct illumination device described in
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a high-luminance lighting device that has excellent luminance uniformity and high luminance.
本発明の要旨は、以下のとおりである。
本発明の照明装置は、
zx平面に延在するフレネルレンズと、
前記フレネルレンズから前記フレネルレンズの焦点距離fだけy方向に離れて配置され、z方向に延在する棒状の導光体と、
前記導光体の一端に配置された少なくとも1つの光源と、
を有し、
前記光源からの光は、前記導光体によってz方向に伝播し、
前記導光体に形成された複数のプリズムは、前記導光体から出射する光のz方向の配光を制御し、
前記フレネルレンズに形成された複数のプリズムは、前記フレネルレンズから出射する光のx方向の配光を制御する、
ことを特徴とする。
The gist of the present invention is as follows.
The lighting device of the present invention is
a Fresnel lens extending in the zx plane;
A rod-shaped light guide that is disposed away from the Fresnel lens in the y direction by the focal length f of the Fresnel lens and extends in the z direction;
At least one light source disposed at one end of the light guide;
Have
The light from the light source propagates in the z direction by the light guide,
The plurality of prisms formed on the light guide body controls light distribution in the z direction of light emitted from the light guide body,
The plurality of prisms formed on the Fresnel lens controls light distribution in the x direction of light emitted from the Fresnel lens.
It is characterized by that.
本発明の照明装置は、
前記導光体は、前記光源から遠ざかるにつれて断面積が減少する楔形である、
ことが好ましい。
The lighting device of the present invention is
The light guide has a wedge shape whose cross-sectional area decreases as the distance from the light source increases.
It is preferable.
本発明の照明装置は、
2つの光源を有し、
前記2つの光源が、前記導光体の両端に配置されている、
ことが好ましい。
The lighting device of the present invention is
Have two light sources,
The two light sources are disposed at both ends of the light guide,
It is preferable.
以下、図面を参照しながら本発明の照明装置を、その実施形態を例示して詳細に説明する。
図1(a)は、本発明の第1実施形態に係る照明装置の斜視図であり、図1(b)は、この照明装置の一部をyz面において示す図であり、図1(c)は、この照明装置のxy断面を示す図である。
照明装置10は、フレネルレンズ2と、棒状の導光体4(ガイドロッドとも称する)と、導光体4の一端に配置された点状の光源6(例えばLED)と、を有する。
フレネルレンズ2は、導光体4側の面に一方向(z軸方向)に延びる複数のプリズムが形成されたリニアフレネルレンズであり、zx平面に延在する。導光体4は、透明材料から形成され、z方向に延在し、zx平面ではフレネルレンズ2の略中央に配置されている。導光体4は、フレネルレンズ2からフレネルレンズ2の焦点距離fだけy方向に離れて配置されている。なお、導光体4とフレネルレンズ2との間隔は、正確な焦点距離fのみに限定されるのではなく、焦点距離fの±20%の幅を有するものである。
Hereinafter, an illuminating device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, illustrating an embodiment thereof.
Fig.1 (a) is a perspective view of the illuminating device based on 1st Embodiment of this invention, FIG.1 (b) is a figure which shows a part of this illuminating device in yz plane, FIG.1 (c) ) Is a diagram showing an xy cross section of the illumination device.
The
The Fresnel
図1(b)に示すように、点状の光源6からの光は、導光体4に入射し、導光体4内のフレネルレンズ2側の面Aおよび面Aに対向する面Bにおいて反射するか、または、面Bのみにおいて反射し、面Aからy方向に出射する。ここで、面Bには、面Bにおいて反射した光がy方向に進行するように複数のプリズムが形成されている。すなわち、複数のプリズムは、面Bにおいて反射した光がy方向に対して傾斜した方向(z方向)に進行しないように設計されている。なお、面Aからy方向に対して傾斜した方向(z方向)に出射した光を、面Aと対向するように配置された光路変更シート(例えば、いわゆる下向きプリズムシート)を用いて、y方向に進行するようにしてもよい。
図1(c)に示すように、導光体4からの光は、フレネルレンズ2に設けられた複数のプリズムによって屈折し、フレネルレンズ2からy方向に出射する。ここで、複数のプリズムは、当該複数のプリズムにおいて屈折した光がy方向に対して傾斜した方向(x方向)に進行しないように設計されている。
図1(b)(c)から明らかなように、点状の光源6からの光は、導光体4によってz方向に伝播することにより、導光体4が線状に発光する。また、線状の導光体4からの光はフレネルレンズ2に入射することよって、フレネルレンズ2が面状に発光する。その結果、照明装置10は、面状光源と同様に機能する。ただし、この照明装置10では、従来の直下型の照明装置のように、点状の光源6の光を照明装置から直接出射するのではなく、導光体4およびフレネルレンズ2によってzx平面に拡げた光を照明装置10から略平行光として出射するため、輝度の均一性および高輝度性を達成することができる。
As shown in FIG. 1B, the light from the
As shown in FIG. 1C, the light from the
As is clear from FIGS. 1B and 1C, the light from the
図2(a)は、導光体4を透過した後の配光分布を示し、図2(b)は、フレネルレンズ2を透過した後の配光分布を示す。図2(a)には、x方向の光度(破線)に比べてz方向の光度(実線)の角度分布が小さいことが示されている。すなわち、導光体4は、z方向の配光を絞っていることが分かる。図2(b)には、z方向の光度(実線)に比べてx方向の光度(破線)の角度分布が小さいことが示されている。すなわち、フレネルレンズ2は、x方向の配光を絞っていることが分かる。このように、本発明の照明装置10では、導光体4に形成された複数のプリズムは、導光体4から出射する光のz方向の配光を制御し(z方向に進行する光の成分を低減し)、フレネルレンズ2に形成された複数のプリズムは、フレネルレンズ2から出射する光のx方向の配光を制御する(x方向に進行する光の成分を低減する)。
2A shows the light distribution after passing through the
図3(a)に示すように、導光体4からy方向に出力する光は、光源6から遠ざかるにつれて(z方向に進むにつれて)小さくなる。それゆえ、図3(b)に示すように、z方向に均一な出力光を得るために、導光体4の面Bに光路変換手段を設けることが好ましい。
As shown in FIG. 3A, the light output from the
図4を用いて、光路変換手段の各種変形例を説明する。
図4(a)に示すように、光路変換手段40は、部分的に粗面化加工を施し微小な凹凸を形成した光散乱部41(黒点部分)と、粗面化加工を施さない平面部42(白色部分)と、からなる。光散乱部41は、微小な凹凸が形成されていることから、光源6で発光して一端4t1から導光体4内に進入して面Bで反射する光線のうち、光散乱部41で反射する光線は、平面部42で反射する光線と比較して、面Aを透過して結果的にフレネルレンズ2内へ進行する光量が多くなる。
光路変換手段40は、光源6から遠ざかるにつれて、光散乱部41の面積が大きくなるように形成されている。このように、光源6から離れるほど面Aを透過する光線量が多くなるように、光源6からの距離と光散乱部41の面積とのバランスを考慮して光散乱部41を形成することにより、光源6が一端4t1に配置されているにも関わらず、光線は面Aにおいてz方向に均一に放射されることになる。
Various modified examples of the optical path changing means will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4A, the optical path changing means 40 includes a light scattering portion 41 (black spot portion) that is partially roughened to form minute irregularities, and a flat portion that is not subjected to roughening. 42 (white portion). Since the
The optical path conversion means 40 is formed so that the area of the
光散乱部41を形成するための粗面化の方法としては、サンドブラスト等により直接的に導光体4の面Bに加工することも可能であるが、導光体4を透明樹脂材料により作成する場合には、予め金型の所定位置にサンドブラスト、エッチング等の手法により、微小な凹凸面を形成しておくことによって、導光体4を成形すると同時に光散乱部41を転写する方法でもよい。
As a roughening method for forming the
さらに、光散乱部41には、粗面化加工を施す代わりに、白色(乳白色でも可)の塗料を塗布することもできる。白色の塗料を塗布した光散乱部41は、平面部42と比較して光線の反射率が高くなるため、光散乱部41で反射すると、面Aを透過してフレネルレンズ2内へ進行する光量が多くなる。光散乱部41に塗料を塗布する方法は、スクリーン印刷、その他の一般的な印刷またはスプレー塗装等の一般的な塗装方法が適用可能である。
Furthermore, a white (or milky white) paint can be applied to the
図4(b)に示すように、導光体4の形状を光源6から遠ざかるにつれて断面積が減少する楔形に形成してもよい。すなわち、導光体4の両端部のうち断面積の大きい一端4t1の方に光源6を配置する構成としてもよい。このような導光体4は、他端4t2側が薄く形成される分だけ体積を小さくすることができることから軽量化を図ることができる。このような構成とした場合には、面Aを基準として面B側が傾斜している形状であるから、導光体4の内部を進行する光線の面Bでの反射角度が異なってくる。すなわち、光源6から離れるにしたがって、面Bで反射する光線は、対向する面Aに対して徐々に垂直方向に進行するようになるので、面Bの傾斜角度も考慮して面Aで光が均一に放射するようにバランスをとる必要がある。
As shown in FIG. 4B, the shape of the
なお、図4(a)(b)等に示す導光体4のように、xy断面形状が四角形であるものに限定されることはなく、例えば図4(c)に示すように、xy断面形状が円である導光体4を使用してもよい。
The
図4(d)(e)に示すように、光路変換手段40’が、略三角形の断面形状を有する溝部43と、溝部43の間に形成される平面部42と、により構成されていてもよい。導光体4内部を進行し面Bで反射する光線は、溝部43で反射される場合には、溝部43を形成する傾斜面によって面Aに対して略垂直に進行しやすく、平面部42で反射する場合と比較して、面Aを透過して結果的にフレネルレンズ2内へ進行する光量が多くなる。したがって、平面部42の幅(占有面積)に対する溝部43の幅(占有面積)の比率は、導光体4の一端4t1から遠ざかるに従って徐々に大きくなるように設定されている。このとき、光源6からの距離および溝部43の占有面積のバランスを考慮して形成することにより、光源6が一端4t1に配置されているにも関わらず、光線は面Aにおいて均一に放射される。
As shown in FIGS. 4D and 4E, the optical path changing means 40 ′ may be constituted by a
上述のように溝部43および平面部42の占有面積の比率を変化させるために、図4(d)に示す光路変換手段40’の場合は、平面部42の幅を一定にして、溝部43の幅および切り込み深さが、光源6から遠ざかるに従って徐々に大きくなるように設定している。一方、図4(e)に示す光路変換手段40’の場合には、溝部43の幅および切り込み深さは一定にして、平面部42の幅を徐々に狭くなるように形成している。
In the case of the optical path changing means 40 ′ shown in FIG. 4D in order to change the ratio of the occupied area of the
光路変換手段40’を構成する溝部43は、その断面形状を略三角形としたが、特にこれに限定されるものでなく、断面形状を略四角形としてもよいし、その他の多角形、さらには、溝部43を構成する平面の傾斜に類似させた曲面により構成してもよい。さらに、図4(f)に示す光路変換手段40’’として、平面部を設けずに、断面形状が略三角形となるような2つの傾斜面からなる山部を連続的に形成する構成としてもよい。この場合にも、面Aでの均一発光を実現するために、その傾斜角度、大きさおよび間隔を考慮して形成する必要がある。
The
図5(a)は、本発明の第2実施形態に係る照明装置の斜視図であり、図5(b)は、導光体の光路変換手段を示す図である。
照明装置20では、導光体4の一端に光源6aが配置され、導光体4の他端に光源6bが配置されている。このように、2つの光源6a、6bが、導光体4の両端に配置されている場合、光路変換手段40は、導光体4の中央付近で光散乱部41の面積を最大に、さらに両端4t1、4t2に向かって光散乱部41の面積が徐々に小さくなるように形成し、面Aでの光線の放射量を均一になるようにする。このように、2つの光源6a、6bを配置すると、導光体4からの出力光の輝度は、図4(a)に示す場合と比較して略2倍になる。
なお、図示例では、光源6、6a、6bは、導光体4から離して配置されているが、導光体4に接触して配置されてもよい。
また、図示を省略するが、導光体4の長手方向の側面(面A以外の3面)は、光線を高効率にフレネルレンズ2に導くために、光反射部材によって覆われていることが好ましい。
FIG. 5A is a perspective view of an illuminating device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a diagram showing an optical path changing unit of the light guide.
In the
In the illustrated example, the
Although not shown, the side surfaces in the longitudinal direction (three surfaces other than the surface A) of the
2 フレネルレンズ
4 導光体
6 光源
6a 光源
6b 光源
10 照明装置
20 照明装置
40 光路変換手段
40’ 光路変換手段
40’’ 光路変換手段
41 光散乱部
42 平面部
43 溝部
4t1 一端
4t2 他端
A 面
B 面
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記フレネルレンズから前記フレネルレンズの焦点距離fだけy方向に離れて配置され、z方向に延在する棒状の導光体と、
前記導光体の一端に配置された少なくとも1つの光源と、
を有し、
前記光源からの光は、前記導光体によってz方向に伝播し、
前記導光体に形成された複数のプリズムは、前記導光体から出射する光のz方向の配光を制御し、
前記フレネルレンズに形成された複数のプリズムは、前記フレネルレンズから出射する光のx方向の配光を制御する、
ことを特徴とする照明装置。 a Fresnel lens extending in the zx plane;
A rod-shaped light guide that is disposed away from the Fresnel lens in the y direction by the focal length f of the Fresnel lens and extends in the z direction;
At least one light source disposed at one end of the light guide;
Have
The light from the light source propagates in the z direction by the light guide,
The plurality of prisms formed on the light guide body controls light distribution in the z direction of light emitted from the light guide body,
The plurality of prisms formed on the Fresnel lens controls light distribution in the x direction of light emitted from the Fresnel lens.
A lighting device characterized by that.
請求項1に記載の照明装置。 The light guide has a wedge shape whose cross-sectional area decreases as the distance from the light source increases.
The lighting device according to claim 1.
前記2つの光源が、前記導光体の両端に配置されている、
請求項1または2に記載の照明装置。 Have two light sources,
The two light sources are disposed at both ends of the light guide,
The illumination device according to claim 1 or 2.
Priority Applications (1)
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