JP3069136B2 - 照明装置 - Google Patents
照明装置Info
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- JP3069136B2 JP3069136B2 JP3035510A JP3551091A JP3069136B2 JP 3069136 B2 JP3069136 B2 JP 3069136B2 JP 3035510 A JP3035510 A JP 3035510A JP 3551091 A JP3551091 A JP 3551091A JP 3069136 B2 JP3069136 B2 JP 3069136B2
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- light sources
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一直線状に配列された
ＬＥＤ等の点光源より発される光束を棒状レンズを介し
て集光し、ライン照明を得る照明装置に関する。
ＬＥＤ等の点光源より発される光束を棒状レンズを介し
て集光し、ライン照明を得る照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の装置としては例えば、Ｌ
ＥＤ等の点光源上に棒状レンズを配し、ライン照明を得
るものが広く知られている。図６(a) はそのごく一般的
な例を示したものである。１０Ａ〜１０ＣはＬＥＤチッ
プ等の点状光源であり、このチップ１０Ａより出た光束
は棒状レンズ２０により集光され、Ｐ点を強く照明して
いる。
ＥＤ等の点光源上に棒状レンズを配し、ライン照明を得
るものが広く知られている。図６(a) はそのごく一般的
な例を示したものである。１０Ａ〜１０ＣはＬＥＤチッ
プ等の点状光源であり、このチップ１０Ａより出た光束
は棒状レンズ２０により集光され、Ｐ点を強く照明して
いる。
【０００３】そして、その照度分布を示したのが図６
(b) である。
(b) である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし斯かる従来技術
にあっては、図６(a) において同じポイントＰを、光源
１０Ｃから出た光束が照明した場合に、結像位置が手前
のＰ′に移動してしまい、Ｐ点では照明領域が拡がって
しまうため照明効率が低下してしまうという問題があっ
た。さらに、照明の仕方には、ある領域を均一な照度分
布になるように照明したい場合もある。この場合は光源
をレンズの焦点近傍に配置させるが、やはり、角度θを
もって放射された光束はしだいに手前に集光してしま
い、均一な分布を得る事は困難であった。これらの現象
は、棒状レンズに入射角θで入射した光束にとって曲率
がみかけ上 cosθ倍だけきつくなるため、結像関係がく
ずれてしまうことによって生じている。
にあっては、図６(a) において同じポイントＰを、光源
１０Ｃから出た光束が照明した場合に、結像位置が手前
のＰ′に移動してしまい、Ｐ点では照明領域が拡がって
しまうため照明効率が低下してしまうという問題があっ
た。さらに、照明の仕方には、ある領域を均一な照度分
布になるように照明したい場合もある。この場合は光源
をレンズの焦点近傍に配置させるが、やはり、角度θを
もって放射された光束はしだいに手前に集光してしま
い、均一な分布を得る事は困難であった。これらの現象
は、棒状レンズに入射角θで入射した光束にとって曲率
がみかけ上 cosθ倍だけきつくなるため、結像関係がく
ずれてしまうことによって生じている。
【０００５】本発明は上記した従来技術の課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、光
源から棒状レンズへの入射角θによってくずれることな
く、常に被照明位置で一定ならしめるよう、棒状レンズ
の光源側の曲率をθの量に伴い変化させ、もしくは、光
源と棒状レンズ面までの距離を変化させて、像面の位置
をθによらず一定にした照明装置を提供すること、なお
かつ、さらにθが増大し、となりあう光源の棒状レンズ
入射領域に光束が入りこみ、いわゆるクロストーク現象
をおこさせないような遮断部材を棒状レンズに設けるこ
とにより、より高効率なライン照明もしくはよりブロー
ドな均一照度分布を有する照明装置を提供することにあ
る。
るためになされたもので、その目的とするところは、光
源から棒状レンズへの入射角θによってくずれることな
く、常に被照明位置で一定ならしめるよう、棒状レンズ
の光源側の曲率をθの量に伴い変化させ、もしくは、光
源と棒状レンズ面までの距離を変化させて、像面の位置
をθによらず一定にした照明装置を提供すること、なお
かつ、さらにθが増大し、となりあう光源の棒状レンズ
入射領域に光束が入りこみ、いわゆるクロストーク現象
をおこさせないような遮断部材を棒状レンズに設けるこ
とにより、より高効率なライン照明もしくはよりブロー
ドな均一照度分布を有する照明装置を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にあっては、一直線状に等ピッチで配列され
た複数の点光源と、該点光源と被照明領域との間で該点
光源の配列方向と略平行に配設される棒状レンズを有す
る照明装置において、上記点光源の配列ピッチをＰ、点
光源側の上記棒状レンズの面と該点光源間の距離をＳ、
点光源の配列方向と垂直な方向に対して点光源から放射
される光束がなす角度をθとしたとき、θmax＝±tan-1
(P/2S) 以内の領域において、上記棒状レンズのθ方向
のパワーによる上記点光源の結像ラインの湾曲を光束の
配向方向と略平行となるよう補正した形状にしたことを
特徴とする。
に、本発明にあっては、一直線状に等ピッチで配列され
た複数の点光源と、該点光源と被照明領域との間で該点
光源の配列方向と略平行に配設される棒状レンズを有す
る照明装置において、上記点光源の配列ピッチをＰ、点
光源側の上記棒状レンズの面と該点光源間の距離をＳ、
点光源の配列方向と垂直な方向に対して点光源から放射
される光束がなす角度をθとしたとき、θmax＝±tan-1
(P/2S) 以内の領域において、上記棒状レンズのθ方向
のパワーによる上記点光源の結像ラインの湾曲を光束の
配向方向と略平行となるよう補正した形状にしたことを
特徴とする。
【０００７】そして、上記補正した形状は、点光源側の
レンズ面のパワーが角度θの増加に対応して小さくなる
ように設定して構成することができる。
レンズ面のパワーが角度θの増加に対応して小さくなる
ように設定して構成することができる。
【０００８】また、上記θmax を越える放射光束が、隣
接する点光源用のレンズ面に入射しないよう、点光源間
に遮断部材を配設することが好ましい。
接する点光源用のレンズ面に入射しないよう、点光源間
に遮断部材を配設することが好ましい。
【０００９】
【作用】而して点光源から発せられた光束は棒状レンズ
に角度を有して入射しても被照明位置では均一な照度を
与えることとなる。
に角度を有して入射しても被照明位置では均一な照度を
与えることとなる。
【００１０】また、点光源間に遮断部材を設けるならば
クロストーク現象も防止される。
クロストーク現象も防止される。
【００１１】
【実施例】以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図１(a) 及び(b) は本発明の実施例に係る照明装
置の主要部を説明するためのものである。図１(a) で１
ＡはＬＥＤチップ等の一つの点光源であり、隣接するチ
ップ１ＢまでのピッチがＰである。２は棒状レンズであ
り、中心肉厚はｄ，光源より距離Ｓのところで略平行に
配設されている。またＲ２は被照明領域側のレンズ面の
曲率半径を、Ｒ１（θ）は放射光束の射出角θにともな
い変化する垂直断面方向の光源側レンズ面の曲率半径を
示している。またι１（θ）は棒状レンズ２のコバ部が
描くラインを、ι２（θ）は該レンズ中央部が描くライ
ンをそれぞれ示している。
する。図１(a) 及び(b) は本発明の実施例に係る照明装
置の主要部を説明するためのものである。図１(a) で１
ＡはＬＥＤチップ等の一つの点光源であり、隣接するチ
ップ１ＢまでのピッチがＰである。２は棒状レンズであ
り、中心肉厚はｄ，光源より距離Ｓのところで略平行に
配設されている。またＲ２は被照明領域側のレンズ面の
曲率半径を、Ｒ１（θ）は放射光束の射出角θにともな
い変化する垂直断面方向の光源側レンズ面の曲率半径を
示している。またι１（θ）は棒状レンズ２のコバ部が
描くラインを、ι２（θ）は該レンズ中央部が描くライ
ンをそれぞれ示している。
【００１２】３は、１Ａの光束と１Ｂの光束とが棒状レ
ンズ２のＲ１面側において互いにクロストーク現象をお
こさせないための遮断部材である。この遮断部材３は遮
光体でも、プリズムの偏向を利用する形状のものでもよ
い。本実施例ではブロードに均一な照度分布を有する照
明装置の場合について距離Ｓを一定に保ちＲ１（θ）を
変化させることにより実施する場合について説明する。
ンズ２のＲ１面側において互いにクロストーク現象をお
こさせないための遮断部材である。この遮断部材３は遮
光体でも、プリズムの偏向を利用する形状のものでもよ
い。本実施例ではブロードに均一な照度分布を有する照
明装置の場合について距離Ｓを一定に保ちＲ１（θ）を
変化させることにより実施する場合について説明する。
【００１３】まず、θだけ傾いた光束にとっては棒状レ
ンズのみかけ上の曲率はθ方向でＲ１（θ）cos θ，Ｒ
２cos θとなり棒状レンズの面までの距離はＳ／cos θ
となる。いま、Ｒ１（θ）側の主平面までの距離は棒状
レンズの屈折率をｎ、レンズのパワーを ，レンズのＲ
１面からの前側主平面までの距離をＯ１とするとθ方向
のＯ１はＯ１/cosθ＝ｄ(1-n)/n・ R2と表わされる。こ
れにθ方向のレンズ面までの距離Ｓ／cos θを加えたも
のがθ方向の光源の位置であり、これがθ方向の焦点距
離ｆ（θ)(＝１/ψ（θ))と等しくなれば光束は平行に
射出されることになる。これを計算すると、 （θ)=1/f(θ)=(S＋O1/cosθ)-1=A ＋B・R1（θ)/ C＋D・R1 (θ) …(1) となる。
ンズのみかけ上の曲率はθ方向でＲ１（θ）cos θ，Ｒ
２cos θとなり棒状レンズの面までの距離はＳ／cos θ
となる。いま、Ｒ１（θ）側の主平面までの距離は棒状
レンズの屈折率をｎ、レンズのパワーを ，レンズのＲ
１面からの前側主平面までの距離をＯ１とするとθ方向
のＯ１はＯ１/cosθ＝ｄ(1-n)/n・ R2と表わされる。こ
れにθ方向のレンズ面までの距離Ｓ／cos θを加えたも
のがθ方向の光源の位置であり、これがθ方向の焦点距
離ｆ（θ)(＝１/ψ（θ))と等しくなれば光束は平行に
射出されることになる。これを計算すると、 （θ)=1/f(θ)=(S＋O1/cosθ)-1=A ＋B・R1（θ)/ C＋D・R1 (θ) …(1) となる。
【００１４】 ここで、Ａ＝Ｒ２・cos θ｛ｎ・Ｒ２＋（ｎ−１）ｄ｝ Ｂ＝−ｎ・Ｒ２・cos θ Ｃ＝Ｓ・Ｒ２・｛ｎ・Ｒ２−（ｎ−１）ｄ｝ Ｄ＝−（ｎ・Ｓ・Ｒ２＋ｄ・Ｒ２） であり、 また、θ方向のパワーは、パワーを求める式により計
算すると、 （θ) ＝ G＋H・R1（θ)/ F・R1（θ) …(2)
となる。
算すると、 （θ) ＝ G＋H・R1（θ)/ F・R1（θ) …(2)
となる。
【００１５】 ここで、Ｆ＝Ｅ・ｎ・Ｒ２・cos θ Ｇ＝Ｅ・ｎ・（ｎ−１）・Ｒ２＋ｄ（ｎ−１）2(Ｅ＋tan2θ） Ｈ＝−Ｅ・ｎ・（ｎ−１） である。 なおＥは（１＋（１−１／ｎ2 ）tan2θ)1/2であり屈折
率ｎの透明部材を斜めに通過する時に必要な光路長の補
正係数である。上記(1) と(2) 式を等号で結ぶとＲ１
（θ) についての２次式になる。この解のうち一つが、
本発明を満足するものになる。
率ｎの透明部材を斜めに通過する時に必要な光路長の補
正係数である。上記(1) と(2) 式を等号で結ぶとＲ１
（θ) についての２次式になる。この解のうち一つが、
本発明を満足するものになる。
【００１６】次に、上記計算に基づいて、本実施例で採
用した棒状レンズ２の実際の形状について図１(b) によ
り説明する。点光源として採用したＬＥＤ光源のピッチ
Ｐ＝４mm，ＬＥＤと棒状レンズの距離Ｓ＝０. ５mm、棒
状レンズの肉厚ｄ＝５. ５mm、Ｒ２＝−３mm（凸面）、
屈折率ｎ＝1.５、Ｒ１面の幅２. ５mmである。
用した棒状レンズ２の実際の形状について図１(b) によ
り説明する。点光源として採用したＬＥＤ光源のピッチ
Ｐ＝４mm，ＬＥＤと棒状レンズの距離Ｓ＝０. ５mm、棒
状レンズの肉厚ｄ＝５. ５mm、Ｒ２＝−３mm（凸面）、
屈折率ｎ＝1.５、Ｒ１面の幅２. ５mmである。
【００１７】上記数値によりＲ１（θ) とｌ１（θ) を
求めたものが下記の表１である。
求めたものが下記の表１である。
【００１８】
【表１】 上記表１で示されるＲ１（θ) の棒状レンズコバ部の形
状、すなわち2.５mm幅の部分の形状を示すｌ１（θ) を
プロットしたのが図２であり、斜線部は棒状レンズの下
部を側面よりながめたＲ２面に対応している。
状、すなわち2.５mm幅の部分の形状を示すｌ１（θ) を
プロットしたのが図２であり、斜線部は棒状レンズの下
部を側面よりながめたＲ２面に対応している。
【００１９】上記した構成を有する照明装置によるなら
ば、ブロードで均一な照度分布の照明が可能となる。
ば、ブロードで均一な照度分布の照明が可能となる。
【００２０】また、上述の実施例では球面ベースにより
ｌ１（θ) の形状を決定してきた。実際には、レンズの
パワー方向に対してＮ・Ａを有する光束に対する補正は
非球面形状を導入し、θ方向の球面収差を除去する事に
より、より最適な設計が可能となる。ここで非球面形状
とは、Ｒをベース半径としてｋ，Ａ〜Ｅを非球面の定数
として、 y＝χ2/R(1+√1-(1＋k)( χ/R)2+Aχ2+B χ4+C χ6+D χ8+E χ10 …(3) にしたがう形状のことである。これにより、さらに均一
な照度分布を得ることが可能となる。その概念を示した
のが図３(a) であり、照度分布は図３(b) のようにな
る。また、上述の(1) 式の値を(2) 式の値より大きくと
り有限距離に光源の結像ラインを設定しθ方向の断面形
状を最適化することもできる。その結像ライン近傍に被
照明部をもってくることにより図４(a) 及び(b) で示す
ような高効率なライン照明を得ることが可能となる。
ｌ１（θ) の形状を決定してきた。実際には、レンズの
パワー方向に対してＮ・Ａを有する光束に対する補正は
非球面形状を導入し、θ方向の球面収差を除去する事に
より、より最適な設計が可能となる。ここで非球面形状
とは、Ｒをベース半径としてｋ，Ａ〜Ｅを非球面の定数
として、 y＝χ2/R(1+√1-(1＋k)( χ/R)2+Aχ2+B χ4+C χ6+D χ8+E χ10 …(3) にしたがう形状のことである。これにより、さらに均一
な照度分布を得ることが可能となる。その概念を示した
のが図３(a) であり、照度分布は図３(b) のようにな
る。また、上述の(1) 式の値を(2) 式の値より大きくと
り有限距離に光源の結像ラインを設定しθ方向の断面形
状を最適化することもできる。その結像ライン近傍に被
照明部をもってくることにより図４(a) 及び(b) で示す
ような高効率なライン照明を得ることが可能となる。
【００２１】さらに、上述した第１実施例においては、
光源アレイと棒状レンズ母線ｌ２の距離Ｓを一定値にし
ていたがＳの値をピッチｐの内部（±tan-1(P/2S))で変
化させる、すなわち棒状レンズ長手方向の母線ｌ２に曲
率を与えることにより、設計の自由度がまし、最適化が
図りやすくなる。
光源アレイと棒状レンズ母線ｌ２の距離Ｓを一定値にし
ていたがＳの値をピッチｐの内部（±tan-1(P/2S))で変
化させる、すなわち棒状レンズ長手方向の母線ｌ２に曲
率を与えることにより、設計の自由度がまし、最適化が
図りやすくなる。
【００２２】図５(a),(b) はその一例を示したものでＬ
ＥＤチップ１Ｂより見てθが大きくなるにつれ、Ｓ
(θ）の量が増大している。またこの母線方向の形状も
上記した(3) 式で与えられるような非球面形状を利用し
てより最適化してもよい。さらに実施例ではレンズ形状
は凸面を用いて説明してきたが、ある角度θで平面とな
りその後凹面になるような形状とすることも可能であ
る。
ＥＤチップ１Ｂより見てθが大きくなるにつれ、Ｓ
(θ）の量が増大している。またこの母線方向の形状も
上記した(3) 式で与えられるような非球面形状を利用し
てより最適化してもよい。さらに実施例ではレンズ形状
は凸面を用いて説明してきたが、ある角度θで平面とな
りその後凹面になるような形状とすることも可能であ
る。
【００２３】
【発明の効果】本発明は以上の構成および作用から成る
もので、棒状レンズの光源側の曲率を光束の入射角θに
伴って変化させ若しくは光源とレンズ面までの距離を変
化させることにより、ブロードで均一な照明が可能な照
明装置として提供することができます。
もので、棒状レンズの光源側の曲率を光束の入射角θに
伴って変化させ若しくは光源とレンズ面までの距離を変
化させることにより、ブロードで均一な照明が可能な照
明装置として提供することができます。
【００２４】また、棒状レンズに隣接する点光源からの
光束が入射しないような遮断部材を設けるならばクロス
トーク現象をも防止することができる。
光束が入射しないような遮断部材を設けるならばクロス
トーク現象をも防止することができる。
【図１】(a)は本発明実施例に係る照明装置の棒状レン
ズ周辺を示す概要図である。 (b)は実施例で採用した数値を示す棒状レンズの側面図
である。
ズ周辺を示す概要図である。 (b)は実施例で採用した数値を示す棒状レンズの側面図
である。
【図２】実施例のｌ１（θ）をプロットした図である。
【図３】(a),(b)は非球面定数を導入したときの概念を
示す図である。
示す図である。
【図４】(a),(b)は有限距離に結像ラインを設定し形状
の適正化を図った場合を示す概念図である。
の適正化を図った場合を示す概念図である。
【図５】(a),(b)は距離Ｓを変化させた場合について示
す図である。
す図である。
【図６】（ａ）は従来の照明装置の概略斜視図、（ｂ）
は照度分布を示す図である。
は照度分布を示す図である。
１ 点光源（１Ａ，１Ｂ、…） ２ 棒状レンズ ３ 遮断部材 Ｐ ピッチ ｄ レンズの肉厚 Ｓ 点光源とレンズ面までの距離 θ 点光源から放射される光束が、点光源の配列方向と
垂直な方向となす角度
垂直な方向となす角度
Claims (3)
- 【請求項１】 一直線状に等ピッチで配列された複数の
点光源と、該点光源と被照明領域との間で該点光源の配
列方向と略平行に配設される棒状レンズを有する照明装
置において、上記点光源の配列ピッチをＰ、点光源側の
上記棒状レンズの面と該点光源間の距離をＳ、点光源の
配列方向と垂直な方向に対して点光源から放射される光
束がなす角度をθとしたとき、θmax ＝±tan-1(P/2S)
以内の領域において、上記棒状レンズのθ方向のパワー
による上記点光源の結像ラインの湾曲を光束の配向方向
と略平行となるよう補正した形状にしたことを特徴とす
る照明装置。 - 【請求項２】 上記補正した形状は、点光源側のレンズ
面のパワーが角度θの増加に対応して小さくなるように
設定されていることを特徴とする請求項１に記載の照明
装置。 - 【請求項３】 上記θmax を越える放射光束が、隣接す
る点光源用のレンズ面に入射しないよう、点光源間に遮
断部材を配設したことを特徴とする請求項１に記載の照
明装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3035510A JP3069136B2 (ja) | 1991-02-05 | 1991-02-05 | 照明装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3035510A JP3069136B2 (ja) | 1991-02-05 | 1991-02-05 | 照明装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04249202A JPH04249202A (ja) | 1992-09-04 |
| JP3069136B2 true JP3069136B2 (ja) | 2000-07-24 |
Family
ID=12443760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3035510A Expired - Fee Related JP3069136B2 (ja) | 1991-02-05 | 1991-02-05 | 照明装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3069136B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101759741B1 (ko) * | 2009-01-28 | 2017-07-19 | 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤 | 도광판 |
-
1991
- 1991-02-05 JP JP3035510A patent/JP3069136B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101759741B1 (ko) * | 2009-01-28 | 2017-07-19 | 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤 | 도광판 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04249202A (ja) | 1992-09-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000411 |
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