JP2020052343A - フライアイレンズ及び照明光学装置 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、本開示に係る実施形態は、照射分布に偏りを持たせたレンズ構成としても大きな段差を形成することがないフライアイレンズ及び照明光学装置を提供することを課題とする。
本開示の実施形態に係る照明光学装置は、照射分布に偏りを持たせたレンズ構成としても大きな段差を形成することがなく製造も容易となり、例えばヘッドライトに適した照射領域を整形することができる。
図1、図2及び図10Aに示すように、フライアイレンズ10は、光を入射レンズ11aから入射して出射レンズ11bを介して所定の照射領域において所定の光照射強度の分布となるように光を出射するものである。フライアイレンズ10は、図4及び図6に示すように、レンズ上枠部12及びレンズ下枠部13、並びに、レンズ左側枠部14及びレンズ右側枠部15を用いて複数の入射レンズ11a及び複数の出射レンズ11bを垂直方向(Z方向)及び水平方向(X方向)に整列して備えている。図2及び図3に示すように、入射レンズ11a及び出射レンズ11bは、光学的に対向する位置に配置され、照射領域ごとに大きさ、レンズ頂点の位置が設定されている。なお、第1実施形態では、一例として、フライアイレンズ10の入射レンズ11a及び出射レンズ11bの寸法(サイズ)は、全て同じ水平レンズ幅で、垂直レンズ幅が異なる3種類のものを使用した場合について説明する。
図1に示すように、第1照射領域E1及び第2照射領域E2は、予め設定された照射領域EAの範囲内に設定された領域をいう。そして、第2照射領域E2は、第1照射領域E1に少なくとも一部が重なり第1照射領域E1よりも面積が小さい領域をいう。さらに、第1照射領域E1は、一例として、図8Aに示すように、複数の照射される範囲となる第1範囲1Ea〜第5範囲5Eaにより1つの領域となる第1照射領域E1が設定されている。また、第2照射領域E2は、ここでは複数の領域のそれぞれとして設定され、一例として2つの領域の集合として設定されている。
以下、図1から図8を参照して入射レンズ11aについて説明する。
入射レンズ11aは、光源側からの光を入射し、光学的に対向する出射レンズ11bに入射した光を供給するものである。入射レンズ11aは、水平レンズ幅を同じとし、垂直レンズ幅を異ならせた矩形の凸レンズで形成されている。入射レンズ11aは、第1入射レンズ11a1及び、第2入射レンズ11aAを備えている。入射レンズ11aは、行列方向(XZ方向:水平垂直方向)に互いに隣接して整列させることで入射レンズ集合体11Aが形成される。なお、入射レンズ11aは、整列させると、図2に示すように、入射レンズ集合体11Aにおいて、レンズ頂点TLaをつないだレンズ面の形状が波型となる。すなわち、レンズ集合体11Aは、レンズ面の形状が、水平方向に平行で垂直方向に沿って入射側凹曲面11RA1及び入射側凸曲面11RA2,11RA3の形状を連続し、側面視において曲面状である波型となるように形成されている。
入射レンズ集合体11Aでは、第2入射レンズ11aAの形状を照射領域に対応して異なる垂直レンズ幅とし、レンズ面中心CL側に垂直レンズ幅の小さなレンズを配置する構成としている。さらに、入射レンズ集合体11Aでは、レンズ面中心CLから上端側あるいは下端側に向かうに従って垂直レンズ幅を徐々に大きくするように配置している。そのため、入射レンズ集合体11Aでは、レンズ面中心CL側に入射側凹曲面11RA1が形成されその上下側に入射側凸曲面11RA2,11RA3が形成される形状となっている。
図4から図7に示すように、第1入射レンズ11a1は、第1照射領域E1に光を出射する第1出射レンズ11b1に光を供給するように形成されている。第1入射レンズ11a1は、複数の同じ形状のレンズが整列する行を1行以上形成して設置されている。一例として、第1入射レンズ11a1は、入射レンズ集合体11Aにおいて、上段側及び下段側から第1行目〜第3行目に整列して入射1番レンズ行11N11〜入射3番レンズ行11N13を形成している。そして、第1入射レンズ11a1は、入射1番レンズ行11N11〜入射3番レンズ行11N13までを第1入射レンズ群11NL1としている。第1入射レンズ群11NL1は、同じ垂直レンズ幅及び同じ水平レンズ幅となる第1入射レンズ11a1が整列することで形成され、ここではレンズ行の複数に亘って形成されている。また、第1入射レンズ群11NL1は、Z方向においてレンズ面中心CLとなる位置から上下対称になるように離れて2カ所に配置されている。
第2入射レンズ11aAは、第2照射領域E2を照射する第2出射レンズ11bBに光を供給するものである。第2入射レンズ11aAは、第1入射レンズ11a1と同じ水平レンズ幅で、かつ、第1入射レンズ11a1よりも垂直レンズ幅が小さく形成された矩形の凸レンズを用いている。また、第2入射レンズ11aAの垂直レンズ幅は、第1入射レンズ11a1の垂直レンズ幅の50%以下となるように形成されることが好ましい。第2入射レンズ11aAの垂直レンズ幅は、第1入射レンズ11a1の垂直レンズ幅を50%以下にすることで、全体の照射領域内に多数の小さな照射領域を設定することができる。そのため、照射領域は、光の分布設定の自由度を向上させることができる。第2入射レンズ11aAは、入射レンズ集合体11Aのレンズ面中心CLに対して上下対称となるように、垂直レンズ幅が異なる各レンズが1群ごとに整列して配置されている。第2入射レンズ11aAは、第2照射領域E2における第1範囲1Eb、第2範囲2Ebの数に対応して垂直レンズ幅を形成している。
入射1番レンズ11a2は、光学的に対向する第2出射レンズ11bBの出射1番レンズ11b2に光を入射するようにレンズ頂点TLaの位置が偏芯して形成されている。入射1番レンズ11a2は、第1入射レンズ11a1の垂直レンズ幅よりも小さく、入射2番レンズ11a3よりも垂直レンズ幅が大きく形成されている。入射1番レンズ11a2は、ここでは、同じ大きさのレンズを4行に亘って整列させて各行ごとに入射1番レンズ行11N21〜入射4番レンズ行11N24としている。そして、入射1番レンズ行11N21〜入射4番レンズ行11N24は、4行に亘る全ての入射1番レンズ11a2を同じサイズとして1群の入射1番レンズ群11NL2を形成している。
入射2番レンズ11a3は、光学的に対向する第2出射レンズ11bBの出射2番レンズ11b3に光を入射するようにレンズ頂点TLaの位置が偏芯して形成されている。入射2番レンズ11a3は、入射1番レンズ11a2の垂直レンズ幅より小さく形成されている。入射2番レンズ11a3は、同じ大きさのレンズを6行に亘って整列させて各行ごとに入射1番レンズ行11N31〜入射6番レンズ行11N36としている。
そして、入射1番レンズ行11N31〜入射6番レンズ行11N36は、6行に亘る全ての入射2番レンズ11a3を同じサイズとする1群の入射2番レンズ群11NL3としている。入射2番レンズ11a3は、入射1番レンズ11a2が整列する上下の入射1番レンズ群11NL2のそれぞれに連続して整列している。
入射2番レンズ11a3は、1つ以上のレンズにより第2照射領域E2において第2範囲2Ebの領域を設定するようにサイズが形成されている。第2範囲2Ebは、2つの入射2番レンズ11a3の照射する最大範囲により形成されている。より具体的には、入射2番レンズ行11N31〜入射6番レンズ行11N36の6行の異なる照射範囲を重ね合わせた領域(領域の集合)となるように設定されている。ちなみに、図1で示す第2範囲2Ebとしての領域は、入射2番レンズ11a3の1つのレンズサイズの略相似形状を複数整列させてその合計として形成される。
次に、出射レンズ11bについて、図1から図10Eを参照して説明する。なお、出射レンズ11bは、出射レンズ集合体11Bにおいて、全ての水平レンズ幅を同じサイズ(寸法)として設置されているとして説明する。
出射レンズ11bは、入射レンズ11aからの光を入射して予め設定された方向の照射領域に光を出射するものである。出射レンズ11bは、ここでは、水平レンズ幅を同じとし、垂直レンズ幅を異ならせた矩形の凸レンズで形成されている。そして、出射レンズ11bは、入射レンズ11aからの光を入射できる光学的に対向する位置にそれぞれが垂直方向及び水平方向(X方向及びZ方向)に配置されている。出射レンズ11bは、第1出射レンズ11b1及び第2出射レンズ11bBを備えている。出射レンズ11bは、第1出射レンズ11b1及び第2出射レンズ11bBを隣接して整列させることで出射レンズ集合体11Bが形成されている。
すなわち、出射レンズ集合体11Bは、レンズ面中心CLの部分が出射側凸曲面11RB1となり、その上側が出射側凹曲面11RB2となると共に、レンズ面中心CLの下側が出射側凹曲面11RB3となっている。
また、出射レンズ集合体11Bでは、レンズ面中心CLから上端側あるいは下端側に向かうに従って垂直レンズ幅を徐々に大きくするように配置されている。つまり、出射レンズ集合体11Bでは、レンズ面中心CLに対して上下対称となるように垂直レンズ幅が設定されている。なお、出射レンズ11bは、出射レンズ集合体11Bにおいて、全ての水平レンズ幅を同じサイズとし、さらに、入射レンズ11aの水平レンズ幅とも同じサイズとなるように、ここでは形成されている。
第1出射レンズ11b1は、第1入射レンズ11a1からの光を入射して第1照射領域E1を照射するものである。第1出射レンズ11b1は、複数の同じ形状のレンズが整列するレンズ行を1行以上形成して設置されている。一例として、第1出射レンズ11b1は、出射レンズ集合体11Bにおいて、上段側及び下段側から第1行目〜第3行目に整列して出射1番レンズ行11U11〜出射3番レンズ行11U13を形成している。そして、第1出射レンズ11b1は、出射1番レンズ行11U11〜出射3番レンズ行11U13までをそれぞれ第1出射レンズ群11UL1としている。第1出射レンズ群11UL1は、同じ垂直レンズ幅及び同じ水平レンズ幅となる矩形の凸レンズの第1出射レンズ11b1が整列することで形成され、ここではレンズ行の複数(3行)に亘って形成されている。また、第1出射レンズ群11UL1は、第1入射レンズ群11NL1に対向する位置に設置されており、Z方向においてレンズ面中心CLとなる位置から上下対称になるように離れて2カ所に設置されている。
第1出射レンズ群11UL1は、第1入射レンズ11a1からの光を入射して第1照射領域E1内の複数の範囲(図8A参照)に出射させるようにレンズ頂点TLbの位置を形成している。第1出射レンズ群11UL1では、1行目〜3行目となる第1出射レンズ11b1のレンズ頂点TLbがレンズ行ごとに異なるように設定されている。
図6及び図8Aに示すように、第1出射レンズ群11UL1おいて1行目となる出射1番レンズ行11U11では、レンズ頂点TLb(図3参照)が、第1照射領域E1内において中央の第3範囲3Eaに光が出射されるように形成されている。つまり、出射1番レンズ行11U11では、奇数番目の第1出射レンズ11b1d及び偶数番目の第1出射レンズ11b1aからの光が、第1照射領域E1内において同じ領域である第3範囲3Eaを出射するようにレンズ頂点TLbが形成されている。なお、第1出射レンズ11b1の奇数番目には符号の最後に「d」を付けて「11b1d」とし、第1出射レンズ11b1の偶数番目には符号の最後に「a」を付けて「11b1a」として説明する。
さらに、第1出射レンズ群11UL1において3行目となる出射3番レンズ行11U13では、奇数番目の第1出射レンズ11b1dからの光が、第1照射領域E1内の第5範囲5Eaに出射し、偶数番目の第1出射レンズ11b1aからの光が、第1照射領域E1内の第1範囲1Eaに出射するようにレンズ頂点TLbが形成されている。
次に、第2出射レンズ11bBは、第2入射レンズ11aAからの光を入射して第2照射領域E2の第1範囲1Eb〜第2範囲2Ebに向けて光を照射するものである。第2出射レンズ11bBは、第1出射レンズ11b1と同じ水平レンズ幅で、かつ、第1出射レンズ11b1よりも垂直レンズ幅が小さく形成された矩形の凸レンズを用いている。また、第2出射レンズ11bBの垂直レンズ幅は、第1出射レンズ11b1の垂直レンズ幅の50%以下となるように形成されることが好ましい。第2出射レンズ11bBの垂直レンズ幅は、第1出射レンズ11b1の垂直レンズ幅の50%以下にすることで、全体の照射領域内に多数の小さな照射範囲を設定することができ照射領域においての光の分布設定の自由度を向上させることができる。第2出射レンズ11bBは、出射レンズ集合体11Bのレンズ面中心CLに対して上下対称となるように、垂直レンズ幅を略同じにしてレンズ群ごとに整列して配置されている。第2出射レンズ11bBは、第2照射領域E2における異なる範囲であっても垂直レンズ幅の長さを揃えて光照射方向の向きを変えるようにレンズ頂点TLbが形成されている。
以下、出射1番レンズ11b2及び出射2番レンズ11b3のそれぞれの構成を図1から図11を参照して説明する。
図1から図7に示すように、出射1番レンズ11b2は、第2入射レンズ11aAの入射1番レンズ11a2に光学的に対向して配置され、入射1番レンズ11a2からの光を入射する位置とサイズとに形成されている。そして、出射1番レンズ11b2は、入射した光を第2照射領域E2の第1範囲1Eb内に出射するように、レンズ頂点TLbの位置を偏芯させて形成されている。出射1番レンズ11b2は、第1出射レンズ11b1よりも垂直レンズ幅が小さく、出射2番レンズ11b3と同等の垂直レンズ幅に形成されている。出射1番レンズ11b2は、ここでは、同じ大きさのレンズを4行に亘って整列させて各行ごとに出射1番レンズ行11U21〜出射4番レンズ行11U24としている。そして、出射1番レンズ行11U21〜出射4番レンズ行11U24は、4行に亘る全ての出射1番レンズ11b2を同じサイズとする1群の出射1番レンズ群11UL2としている。
出射1番レンズ11b2は、第2照射領域E2の第1範囲1Ebの領域内に光を出射する。そして、出射1番レンズ11b2は、レンズ行のそれぞれから、第1範囲1Ebの領域内を区分して光を照射するように形成されている。出射1番レンズ11b2は、予め設定された1つ以上のレンズから出射する光の範囲により第1範囲1Ebの全体に光を出射するようにレンズ頂点TLbの位置を偏芯して形成している。なお、第1範囲1Ebは、各レンズ行において2つの隣り合う出射1番レンズ11b2からの光が出射して重なる最大範囲として設定され、その最大範囲の光照射強度の分布について出射レンズ群11UL2の全ての出射1番レンズ11b2から出射される光により設定されている。以下、第1範囲1Ebについて、図8Bを参照して説明する。
第3区画1Eb3の一方区分R1Eb3及び他方区分L1Eb3は、領域中心HCLに中央の領域が重なる状態で左右対称に配置されている。そして、第3区画1Eb3の一方区分R1Eb3及び他方区分L1Eb3は、領域中心HCL側で重なる中央の領域が、第2区画1Eb2の一方区分R1Eb2及び他方区分L1Eb2の中央で重なる領域よりも小さくなるように形成されている。つまり、第3区画1Eb3は、第2区画1Eb2よりも領域中心HCLから水平方向に遠い位置に配置され、照射面積も大きくなっている。
そして、出射1番レンズ11b2の出射1番レンズ行11U21〜出射4番レンズ行11U24では、それぞれのレンズ行からの光が照射される範囲を、各レンズ行がレンズ面中心CLに向かうに従って領域中心HCLから徐々に両側に広がり照射面積が大きくなるように設定されている。
なお、以下に説明する出射2番レンズ11b3についても、それぞれの光が照射される第2範囲2Ebにおいて、レンズ行に応じた数の区画と、第2区画以降の区画が2つの区分から形成されている。そして、レンズ行がレンズ面中心CLに向かうに従って2つの区分が領域中心HCLから両側に離間する割合が大きくなるように設定されている。そのため、符号は異なるが同じ説明を繰り返すことになるため、出射2番レンズ11b3の構成を説明する場合には、前記した各範囲を形成する区画及び区分の説明を参照して詳細は省略する。
ている。
なお、第2範囲2Ebは、図8Cに示すように、レンズ群内において1行目となる出射1番レンズ行11U31からの区画と、出射2番レンズ行11U32〜最終レンズ行である出射6番レンズ行11U36における区画及び区画内を複数に分けた区分との集まりで設定される。また、第2範囲2Ebは、領域中心HCLに対して各区分あるいは区画が左右対称となる位置に配置される。そして、出射1番レンズ行11U31〜出射6番レンズ行11U36はレンズ面中心CLに向かうに従って、第2範囲2Ebを形成する各区画が、領域中心HCLから離れる方向に設定されている。出射2番レンズ11b3は、第1範囲1Ebよりも垂直方向が小さく、かつ、領域中心HCLに対して外側に位置する第2範囲2Ebに光を出射する。出射2番レンズ11b3に対応する第2範囲2Ebは、既に説明した出射1番レンズ11b2に対応する第1範囲1Ebと位置関係や大きさは異なっているが、第1範囲1Ebの第1区画1Eb1〜第4区画1Eb4と区画数や符号が異なるのみで同じように区画及び区分された領域から構成されるものであるため説明を省略する。
以上のように入射レンズ11a及び出射レンズ11bから形成されたフライアイレンズ10は、入射レンズ集合体11Aに光が平行光として入射すると、図9A及び図10Aに示すように、出射レンズ集合体11Bから第1照射領域E1及び第2照射領域E2に光を出射する。フライアイレンズ10は、照射領域EAの第1照射領域E1に予め設定された光照射強度の分布となるように光を出射すると共に、照射領域EAの第2照射領域E2に予め設定された光照射強度の分布となるように光を出射する。そして、フライアイレンズ10では、第2照射領域E2の第1範囲1Eb及び第2範囲2Ebの一部である中央側を第1照射領域E1に重ねて第1照射領域E1に対して左右対称となるように光が出射される。そのため、照射領域EAでは、照射領域の全体に対して中央の光照射強度の分布が高く、照射領域EAの周縁に向かって光照射強度の分布が低くなるように所望の階調分布となるように光が出射されることになる。また、照射領域EAでは、第1照射領域E1及び第2照射領域E2を設定することで、照射する領域内全ての範囲が設定される。つまり、照射領域EAでは、領域内の70%以上となる範囲に光を照射する領域を設定することで、領域内全体の規定される光照射強度の分布が確保できる。勿論、照射領域EAは、第1照射領域E1及び第2照射領域E2、若しくは、第1照射領域E1又は第2照射領域E2により領域内全体に光を出射するように設定しても構わない。
つまり、フライアイレンズ10では、第2入射レンズ群11NLAの入射1番レンズ群11NL2、入射2番レンズ群11NL3のレンズ行数を4行あるいは6行とし、レンズ群のレンンズ行の数を異ならせている。また、フライアイレンズ10では、第2出射レンズ群11ULBの出射1番レンズ群11UL2、出射2番レンズ群11UL3のレンズ行数を4行あるいは6行として数を異ならせている。そして、フライアイレンズ10では、入射側でレンズ群によって異ならせたレンズ行の数と、出射側でレンズ群によって異ならせたをレンズ行の数とが、同数となるように設定している。
このように、フライアイレンズ10では、レンズ群のレンズ行を自在に設定することで、照射領域EAの設定を自在にすることが可能となる。
なお、フライアイレンズ10では、各レンズ行から照射される領域の設定について、例えば、図11、図12A〜12Cで示すような構成としても構わない。
図11では、第1出射レンズ11b1及び第2出射レンズ11bBの出射1番レンズ11b2、出射2番レンズ11b3によるレンズ行を代表して、第2出射レンズ11bBの出射1番レンズ11b2で説明する。
図11に示すように、出射1番レンズ群11UL2の出射1番レンズ行11U21では、第1範囲1Ebを形成する第1区画1Eb1において、奇数番目の出射1番レンズ11b2dにより、一方区分R1Eb1に光を出射するようにレンズ頂点TLbの位置が形成されている。また、出射1番レンズ行11U21では、第1範囲1Ebを形成する第1区画1Eb1において、偶数番目の出射1番レンズ11b2aにより、他方区分L1Eb1に光を出射するようにレンズ頂点TLbの位置が形成されている。第1区画1Eb1は、第1範囲1Ebの右側端の範囲に設定されている。そして、第1区画1Eb1は、領域中心HCLに一部が重なるように設定され、一方区分R1Eb1及び他方区分L1Eb1により形成されている。
このように、第1範囲1Ebは、その一端側から他端側までを略同じ面積とした複数の区画により形成するようにしてもよい。そして、第1範囲1Ebは、その一つの区画が一方区分及び他方区分の2つの区分により形成されている。
図11のようなレンズ行においてレンズ頂点TLbを形成する場合、偶数番目と奇数番目のレンズ頂点TLbの位置がレンズ行の一端側から他端側に向かうに従って徐々に変わることとなり、設定する目的の違いにより使い分けることができる。
なお、第1照射領域E1でも図11で示すと同じように設定することができる。また、第2照射領域E2の他の領域範囲である第2範囲2Ebでも同じように中央で重なり水平方向の両側に向かって光照射強度の分布が低くなるように設定することができる。
次に、図12A〜12Cで示すようなレンズ行の構成及び照射領域としても構わない。ここでは、レンズ行の1行が、領域中心HCLの左右のいずれかに照射範囲を持つように設定されている。
なお、図12A〜12Cでは、第1出射レンズ11b1及び第2出射レンズ11bBの出射1番レンズ〜出射5番レンズによるレンズ行を代表して、第2出射レンズ11bBの出射1番レンズ11b2で説明する。また、レンズ行は、一例として全レンズ数が4つとして説明する。また、出射1番レンズ11b2の奇数番目には符号の最後に「d」を付けて「11b2d」とし、出射1番レンズ11b2の偶数番目には符号の最後に「a」を付けて「11b2a」として説明する。
なお、第1照射領域E1でも図12A〜図12Cで示すと同じように設定することができる。また、第2照射領域E2の他の領域範囲である第2範囲2Ebでも同じように中央で重なり水平方向の両側に向かって光照射強度の分布が低くなるように設定することができる。
また、フライアイレンズ10では、入射側では3つの垂直レンズ幅の異なるレンズを使用し、出射側では2つの垂直レンズ幅の異なるレンズを使用して照射領域EAを設定した例として説明したが、図13A及び図13Bに示すように、第2照射領域E2が、さらに多くの範囲となるように設定しても構わない。例えば、フライアイレンズは、第2照射領域E2が、第1範囲1Eb〜第5範囲5Ebとなるように、第2入射レンズ11aA及び第2入射レンズ11bBの垂直レンズ幅の異なるレンズの数を5つに増やして形成しても構わない。この領域を増やした照射領域EAでは、よりきめ細かく照射状態を設定することができるようになる。ちなみに、図13Bは、照射領域EAを第1照射領域E1と第1範囲1Eb〜第5範囲5Ebを備える第2照射領域E2とで設定した場合に、光照射強度の分布の状態を色の濃さで示している(色が白に近いほど光照射強度が高い分布を表している)。なお、フレイアイレンズ10は、入射側のレンズの垂直レンズ幅を変えても、集光する光を入射する出射側のレンズの垂直レンズの幅は同じとすることができる。フライアイレンズ10では、照射領域の範囲を入射レンズの形状で制御し、光の照射方向の制御を出射レンズのレンズ頂点TLbの位置で行っており、1つの垂直レンズ幅の出射レンズで形成することができる。
また、図14Aに示すように、フライアイレンズ10Aは、図1のフライアイレンズ10の入射レンズ集合体11A及び出射レンズ集合体11Bと凹凸状態が反対となっている構成とすることもできる。つまり、フライアイレンズ10Aは、入射レンズ集合体11A1のレンズ面中心CL側が凸曲面状となり、レンズ面中心側の上下の位置が凹曲面状となるように形成されている。また、フライアイレンズ10Aは、出射レンズ集合体11B1のレンズ面中心CL側が凹曲面状となり、レンズ面中心CLの上下の位置が凸曲面状となるように形成されている。このフライアイレンズ10Aでは、レンズ面中心CL側に垂直レンズ幅が大きな第1入射レンズ11a1及び第1出射レンズ11b1を配置する。そして、第1入射レンズ11a1の上下に垂直レンズ幅が上下端に向かうに従って徐々に小さくなる第2入射レンズ11aAを上下対称に配置すると共に、第1出射レンズ11b1の上下となる位置に垂直レンズ幅が上下端に向かうに従って小さくなる第2出射レンズ11bBを上下対称に配置している。このようなフライアイレンズ10Aにおいても第1照射領域及び第2照射領域を照射領域内に適切に設定することができる。また、フライアイレンズ10Aでは、第2出射レンズ11bBを、全て同じ垂直レンズ幅に形成することもできる。
なお、各フライアイレンズ10,10A等は、図13Bに示した照射領域EAにおける光照射強度の分布以外として、例えば、図14B及び図14Cに示すような設定であってもよい。図14Bに示すように、照射領域EA2は、全体の中央部分の光照射強度の分布が高く左右端に向かうに従って光照射強度の分布が低くなっている。このような照射領域EA2になるように、フライアイレンズの入射レンズ11aの形状と出射レンズ11bのレンズ頂点TLbの位置を偏芯させることで設定することができる。例えば、第1出射レンズ11b1は、第2出射レンズ11bBのように、奇数番目及び偶数番目を照射領域EAの左右に分けるようにして各レンズで照射する範囲を水平方向(X方向)に広げるようにレンズ頂点TLbの位置を偏芯させるように形成してもよい。あるいは、第2出射レンズ11bBの各レンズ群からの光を、水平方向において第1照射領域E1の範囲に揃えるようにレンズ頂点TLbの位置を偏芯させることで、照射領域EA2のような光照射強度の分布を形成することができる。
また、レンズ頂点TLbの位置を偏芯させる場合、既に説明したように、レンズ群ごとで行うことや、レンズ行ごとで行うようしてフライアイレンズを形成することができる。
そして、フライアイレンズ10,10Aでは、入射レンズ11aからの光が集光するので、出射レンズ11bは、垂直レンズ幅を同等として形成することができる。
また、第2照射領域E2は、全体の照射領域EA内において、第1照射領域E1の垂直領域サイズを異ならせると共に水平領域サイズを同じとして、第2出射レンズ11bBを整列したレンズ行の各行から照射される位置の異なる領域の集合により形成されるようにしてもよい。
また、第1照射領域E1は、設定される全体の照射領域に対して、垂直領域サイズ及び水平領域サイズを同じとして、第1出射レンズ11b1を整列したレンズ行の各行から照射される位置の異なる領域の集合により形成されるようにしてもよい。
そして、第2照射領域E2は、設定される全体の照射領域EAに対して、垂直領域サイズ及び水平領域サイズを同じとして、第2出射レンズ11bBを整列したレンズ行の各行から照射される位置の異なる領域の集合により形成されることとしてもよい。
次に、図15を参照して照明光学装置100について説明する。なお、ここでは、フライアイレンズ10を一例として使用する構成として説明する。
照明光学装置100は、例えば、車両や船舶あるいは航空機の各種灯具として使用される。照明光学装置100は、光源20と、この光源20からの光を平行光とする第1光学部材30と、第1光学部材30からの光を入射して所望の光照射強度の分布として出射するフライアイレンズ10と、このフライアイレンズ10からの光を整える第2光学部材55と、第2光学部材55からの光を入射して光路を変えて出射する光変調装置60と、光変調装置60からの光を投影する投影レンズ70とを備えている。なお、光源20から投影レンズ70までがフレーム内に収納された状態となっている。
フライアイレンズ10は、既に説明した構成を備えている。このフライアイレンズ10により所望の光照射強度の分布が光変調装置60の照射面に照射されるように設定されている。なお、フライアイレンズ10は、所望の光照射強度の分布が得られるものであれば、レンズ群の数やレンズ行の数を制限されるものではない。また、フライアイレンズ10は、入射レンズ集合体のレンズ面の形状あるいは出射レンズ集合体のレンズ面の形状が特に限定されるものではない。
以上の構成を備える照明光学装置100では、光源20からの光を所望の光照射強度の分布にフライアイレンズ10を介して調整し、光変調装置60により光束のロスがない状態で出力し投影レンズ70により外部に光を照射することができる。また、フライアイレンズ10,10Aは、大きな段差を形成することがなく形成が容易となる。
なお、照明光学装置100では、第1光学部材30として、図16A及び図16Bに示すような構成であってもよい。
図16Aに示すように、第1光学部材30Aとして、放物面反射鏡33を備える構成であってもよい。放物面反射鏡33は、光源20から照射された光を反射して平行光としてフライアイレンズ10に入射させるように配置される。なお、放物面反射鏡33を用いるときには、光源20からの光を、放物面反射鏡33に向かって照射するように光源20が設置される。そして、光源20は、放物面反射鏡33の焦点位置に配置される。
図16Bに示すように、第1光学部材30Bとして、楕円反射鏡34を備える構成であってもよい。楕円反射鏡34は、楕円曲面の上半分を用いて光源20からの光を平行光として反射する。光源20は、楕円反射鏡34に向かって照射した光が平行光となる角度と位置に設置される。
以上説明したように、フライアイレンズ10,10A等及び照明光学装置100では、前記した各構成に限定されるものではない。
例えば、第1照射領域E1は、複数の区画された範囲から設定されるようにしてもよい。また、第2照射領域E2は、一例として2つの範囲から設定されるようにしたが、1つ、3つ、4つの範囲でも、6つから12あるいはそれ以上の範囲であってもよい。また、第2照射領域E2は、複数の範囲を異なる照射面積として説明したが、同じ照射面積の範囲を、出射位置を変えることで設定されるようにしても構わない。さらに、フライアイレンズの各レンズ群は、水平レンズ幅を揃えていれば、垂直レンズ幅が徐々に大きくなる順番に、あるいは、徐々に小さくなる順番に配置しなくてもよい。つまり、フライアイレンズは、例えば、奇数番目のレンズ群の後に偶数番目のレンズ群を配置してレンズ面中心CLから上下対称となるように設定してもよい。そして、フライアイレンズでは、入射レンズ11aとして、第1入射レンズ及び第2入射レンズとし、さらに、出射レンズ11bとして、第1出射レンズ及び第2出射レンズとして説明したが、垂直レンズ幅が異なるのみで同じ機能のレンズが使用されているため第1あるいは第2とした番号は形式的なものである。また、フライアイレンズでは、レンズ及びレンズ行についても入射側及び出射側において1番から順に説明したが番号は形式的なものである。そして、フライアイレンズ10,10A等では、レンズ面CLから垂直方向に対称として、レンズ群が2組で同じ照射する領域あるいは範囲に光を出射するとして説明したが、1組のレンズ群により1つの照射する領域あるいは範囲に光を出射する構成としてもよい。
さらに、フライアイレンズは、入射レンズ及び出射レンズのレンズ面の形状が、垂直方向及び垂直方向に平面となるように各レンズを接続して形成してもよい。また、フライアイレンズは、入射レンズ側のレンズ面に凸曲面あるいは凹曲面の一方が少なくとも形成され、出射レンズ側が入射レンズ側のレンズ面に略平行となるように形成されてもよい。
また、照明光学装置100では、光変調装置60としてDMDを例示して説明したがその他の装置である例えば空間光変調器等であってもよい。
11A 入射レンズ集合体 11B 出射レンズ集合体
11a 入射レンズ 11b 出射レンズ
11a1 第1入射レンズ 11b1 第1出射レンズ
11aA 第2入射レンズ 11bB 第2出射レンズ
11a2 入射1番レンズ 11b2 出射1番レンズ
11a3 入射2番レンズ 11b3 出射2番レンズ
11NL1 第1入射レンズ群 11UL1 第1出射レンズ群
11N11 入射1番レンズ行 11U11 出射1番レンズ行
11N12 入射2番レンズ行 11U12 出射2番レンズ行
11N13 入射3番レンズ行 11U13 出射3番レンズ行
11NLA 第2入射レンズ群 11ULB 第2出射レンズ群
11NL2 入射1番レンズ群 11UL2 出射1番レンズ群
11N21 入射1番レンズ行 11U21 出射1番レンズ行
11N22 入射2番レンズ行 11U22 出射2番レンズ行
11N23 入射3番レンズ行 11U23 出射3番レンズ行
11N24 入射4番レンズ行 11U24 出射4番レンズ行
11NL3 入射2番レンズ群 11UL3 出射2番レンズ群
11N31 入射1番レンズ行 11U31 出射1番レンズ行
11N32 入射2番レンズ行 11U32 出射2番レンズ行
11N33 入射3番レンズ行 11U33 出射3番レンズ行
11N34 入射4番レンズ行 11U34 出射4番レンズ行
11N35 入射5番レンズ行 11U35 出射5番レンズ行
11N36 入射6番レンズ行 11U36 出射6番レンズ行
11RA1 入射側凹曲面 11RB1 出射側凸曲面
11RA2 入射側凸曲面 11RB2 出射側凹曲面
12 レンズ上枠部 13 レンズ下枠部
14 レンズ左側枠部 15 レンズ右側枠部
20 光源 30 第1光学部材
31 第1コリメートレンズ 32 第2コリメートレンズ
40 コンデンサレンズ 50 フィールドレンズ
55 第2光学部材 60 光変調装置
70 投影レンズ CL レンズ面中心
E1 第1照射領域 E2 第2照射領域
EA,EA1,EA2 照射領域 HCL 領域中心
TLb 出射レンズのレンズ頂点 TLa 入射レンズのレンズ頂点
L1Eb 他方区画 R1Eb 一方区画
L1Eb1、L1Eb2、L1Eb3、L1Eb4 他方区分
R1Eb1、R1Eb2、R1Eb3、R1Eb4 一方区分
Claims (22)
- 矩形に形成された入射レンズを、垂直レンズ幅を変えると共に、水平レンズ幅を揃えて垂直方向に整列させた入射レンズ集合体と、
前記入射レンズに光学的に対向して設置され矩形に形成された出射レンズを、水平レンズ幅を揃えて垂直方向に整列させた出射レンズ集合体と、を備え、
前記入射レンズは、照射面において1つ以上のレンズから照射される照射範囲の集合により予め設定された照射領域になるように、前記矩形の寸法を形成すると共に、光学的に対向する前記出射レンズに入射するようにレンズ頂点の位置を偏芯して形成され、
前記出射レンズは、前記照射領域を形成する複数の照射範囲のいずれかになると共に、前記照射範囲の少なくとも一部が互いに重なるように、前記矩形の寸法、及び、レンズ頂点の位置を形成するフライアイレンズ。 - 前記入射レンズは、複数のレンズを水平方向に整列させた1行を垂直方向に1列以上配置して前記入射レンズ集合体が形成され、
前記出射レンズは、複数のレンズを水平方向に整列させた1行を垂直方向に1列以上配置して前記出射レンズ集合体が形成され、
複数の前記出射レンズのレンズ行ごとに、前記照射範囲のいずれかに光を照射する請求項1に記載のフライアイレンズ - 前記入射レンズは、水平方向に複数のレンズを整列したレンズ行を垂直方向に1行以上配置した第1入射レンズと、前記第1入射レンズのレンズ行に連続して垂直方向に1行以上配置した、前記第1入射レンズより垂直レンズ幅が小さな第2入射レンズと、を備え、
前記出射レンズは、水平方向に複数のレンズを整列したレンズ行を垂直方向に1行以上配置した第1出射レンズと、前記第1出射レンズのレンズ行に連続して垂直方向に1行以上配置した第2出射レンズと、を備え、
前記第1出射レンズから出射する光により照射する第1照射領域と、前記第2出射レンズから出射する光により照射する第2照射領域とを、前記照射領域内に設定し、
前記レンズ行ごとに、前記第1照射領域又は前記第2照射領域に設定した前記照射範囲に出射する光を照射するように前記レンズ頂点の位置を形成する請求項1又は請求項2に記載のフライアイレンズ。 - 前記第1入射レンズ及び前記第2入射レンズは、予め設定されたレンズ行の行数によりレンズ群をそれぞれ形成し、前記レンズ群は、複数の前記照射範囲のいずれかに光を照射するように前記矩形の形状を形成し、
前記第1出射レンズ及び前記第2出射レンズは、予め設定されたレンズ行の行数によりレンズ群をそれぞれ形成し、前記レンズ群のそれぞれは、複数の前記照射範囲のいずれかに光を照射するように前記レンズ頂点の位置を形成し、
前記第1入射レンズ及び前記第1出射レンズのレンズ群の数と、前記第2入射レンズ及び前記第2出射レンズのレンズ群の数とを同数にする請求項3に記載のフライアイレンズ。 - 前記入射レンズ集合体は、水平方向に前記第1入射レンズを配置したレンズ行を1行以上列方向に有する第1入射レンズ群と、水平方向に前記第2入射レンズを配置したレンズ行を1行以上列方向に有する第2入射レンズ群と、を垂直方向に1群以上設置して形成され、
前記出射レンズ集合体は、水平方向に前記第1出射レンズを配置したレンズ行を1行以上列方向に有する第1出射レンズ群と、水平方向に前記第2出射レンズを配置したレンズ行を1行以上列方向に有した第2出射レンズ群と、を垂直方向に1群以上設置して形成され、
前記第1入射レンズ群及び前記第2入射レンズ群は、当該レンズ群ごとに垂直レンズ幅を異ならせ、
前記第2出射レンズ群、又は、第1出射レンズ群及び前記第2出射レンズ群は、垂直レンズ幅を同等とし、
前記第1入射レンズ及び前記第1出射レンズのレンズ群の数と、前記第2入射レンズ及び前記第2出射レンズのレンズ群の数とを同数にする請求項3に記載のフライアイレンズ。 - 前記入射レンズ集合体は、垂直方向において、前記第2入射レンズのレンズ群の上下に前記第1入射レンズのレンズ群が配置され、
前記出射レンズ集合体は、垂直方向において、前記第2出射レンズのレンズ群の上下に前記第1出射レンズのレンズ群が配置される請求項4又は請求項5に記載のフライアイレンズ。 - 前記入射レンズ集合体は、前記第1入射レンズのレンズ群の上下に前記第2入射レンズのレンズ群が配置され、
前記出射レンズ集合体は、前記第1出射レンズのレンズ群の上下に前記第2出射レンズのレンズ群が配置される請求項4又は請求項5に記載のフライアイレンズ。 - 垂直方向に整列させる前記第2入射レンズのレンズ群の数が、前記第1入射レンズのレンズ群の数よりも多く設置され、
垂直方向に整列させる前記第2出射レンズのレンズ群の数が、前記第1出射レンズのレンズ群の数よりも多く設置される請求項4又は請求項5に記載のフライアイレンズ。 - 垂直方向に整列させる前記第2入射レンズのレンズ群を形成する複数のレンズ群の少なくとも一つのレンズ群が前記レンズ行の数を他のレンズ群のレンズ行の数と異ならせて形成され、
垂直方向に整列させる前記第2出射レンズのレンズ群を形成する複数のレンズ群の少なくとも一つのレンズ群が前記レンズ行の数を他のレンズ群のレンズ行の数と異ならせて形成され、
前記レンズ行の数を異ならせた前記第2入射レンズのレンズ群及び前記第2出射レンズのレンズ群は、光学的に対向する位置に配置されると共に、前記異ならせたレンズ行の数を同じとする請求項4又は請求項5に記載のフライアイレンズ。 - 前記第2出射レンズは、前記第1照射領域の中央に対して前記第2照射領域が左右対称となるように、前記第2出射レンズのレンズ頂点の位置を偏芯させて形成する請求項3から請求項9のいずれか一項に記載のフライアイレンズ。
- 前記第2照射領域に照射する前記第2出射レンズは、照射領域の全体に対して前記第2照射領域の中央の光照射強度が高く、前記第2照射領域の周縁に向かって光照射強度が低くなる分布となるように、前記第2出射レンズのレンズ頂点の位置を偏芯させて形成する請求項3から請求項9のいずれか一項に記載のフライアイレンズ。
- 前記入射レンズ集合体は、前記第1入射レンズ及び前記第2入射レンズを接続して当該入射レンズの各レンズ頂点をつないだレンズ面の形状が、水平方向に平行で垂直方向に沿って凹曲面及び凸曲面の少なくとも一方を備え、
前記出射レンズ集合体は、前記第1出射レンズ及び前記第2出射レンズを接続して前記入射レンズ集合体と略平行となる曲面を形成する請求項3から請求項11のいずれか一項に記載のフライアイレンズ。 - 前記第1出射レンズは、レンズ行ごとに、前記第1照射領域内の異なる照射範囲に光を出射し、前記第1出射レンズにより第1照射領域を予め設定された光照射強度の分布となるように各レンズ頂点の位置を偏芯させて形成し、
前記第2出射レンズは、レンズ行ごとに、前記第2照射領域内の異なる照射範囲に光を出射し、前記第2出射レンズにより前記第2照射領域の予め設定された光照射強度の分布となるように各レンズ頂点の位置を偏芯させて形成する請求項3から請求項9のいずれか一項に記載のフライアイレンズ。 - 前記第1出射レンズは、整列したレンズ行ごとに前記第1照射領域内を水平方向に区分けして照射するようにレンズ頂点の位置が偏芯して形成され、
前記第2出射レンズは、整列したレンズ行ごとに前記第2照射領域内を水平方向に区分けして照射するように前記レンズ頂点の位置が偏芯して形成される請求項3から請求項9のいずれか一項に記載のフライアイレンズ。 - 各レンズ行は、前記第1照射領域内又は前記第2照射領域内において、垂直方向におけるレンズ面中心に向かうに従って水平方向に照射する範囲が大きくなる照射範囲の集合により前記第1照射領域又は前記第2照射領域が形成されるように、前記レンズ頂点の位置を偏芯させて形成する請求項3から請求項9のいずれか一項に記載のフライアイレンズ。
- 前記第1照射領域は、設定される全体の照射領域に対して、垂直領域サイズを同じとし水平領域サイズを異ならせ、前記第1出射レンズを整列したレンズ行の各行から照射される位置の異なる領域の集合により形成され、
前記第2照射領域は、前記全体の照射領域内において、前記第1照射領域の垂直領域サイズと異ならせると共に水平領域サイズを同じとして、前記第2出射レンズを整列したレンズ行の各行から照射される位置の異なる領域の集合により形成される請求項3から請求項15のいずれか一項に記載のフライアイレンズ。 - 前記第1照射領域は、設定される全体の照射領域に対して、垂直領域サイズ及び水平領域サイズを同じとして、前記第1出射レンズを整列したレンズ行の各行から照射される位置の異なる領域の集合により形成され、
前記第2照射領域は、設定される全体の照射領域に対して、垂直領域サイズ及び水平領域サイズを同じとして、前記第2出射レンズを整列したレンズ行の各行から照射される位置の異なる領域の集合により形成される請求項3から請求項15のいずれか一項に記載のフライアイレンズ。 - 矩形に形成された第1入射レンズと、前記第1入射レンズの水平レンズ幅と同等の水平レンズ幅及び垂直レンズ幅よりも小さな垂直レンズ幅により矩形に形成された第2入射レンズとを、垂直列の前記水平レンズ幅を揃えて垂直方向及び水平方向に整列して入射レンズ集合体を形成し、
前記第1入射レンズに光学的に対向して設置され矩形に形成された第1出射レンズ、及び、前記第2入射レンズに光学的に対向して設置され矩形に形成された第2出射レンズを、垂直列の前記水平レンズ幅を揃えて垂直方向及び水平方向に整列して出射レンズ集合体を形成し、
前記第1入射レンズは、照射面において予め設定された第1照射領域になるように、前記矩形の寸法を形成すると共に、光学的に対向する前記第1出射レンズに光を入射するように、レンズ頂点の位置を形成し、
前記第2入射レンズは、照射面において前記第1照射領域よりも面積が小さく前記第1照射領域に少なくとも一部が重なる第2照射領域になるように、前記矩形の寸法を形成すると共に、光学的に対向する前記第2出射レンズに光を入射するように、レンズ頂点の位置を形成し、
前記第1出射レンズは、前記第1照射領域内に光を出射するように、矩形の寸法、及び、レンズ頂点の位置を偏芯させて形成され、
前記第2出射レンズは、前記第2照射領域内に光を出射するように、矩形の寸法、及び、レンズ頂点の位置を形成するフライアイレンズ。 - 光源からの光路中に配置され前記光源からの光を略平行光とする第1光学部材と、前記第1光学部材からの光を入射して所望の階調分布となる光として出射するフライアイレンズと、前記フライアイレンズからの光の光路中に配置される第2光学部材と、前記第2光学部材から光を入射して光路を変えて出射する光変調装置と、前記光変調装置からの光を投影する投影レンズとを備え、
前記フライアイレンズが請求項1から請求項18のいずれか一項の構成を有する照明光学装置。 - 前記光源は、発光ダイオード又はレーザダイオードである請求項19に記載の照明光学装置。
- 前記第1光学部材は、前記光源からの光を平行光とするコリメートレンズである請求項19に記載の照明光学装置。
- 前記第1光学部材は、前記光源からの光を反射して平行光とする反射鏡である請求項19に記載の照明光学装置。
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