JP4468291B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、予め設定した照射領域を所定の配光で照明する照明装置に関する。

一般に、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、消費電力が小さく長寿命であるという利点を有する。そこで、近年では、ＬＥＤの高出力化に伴い、例えば、車載のヘッドライトやフォグランプ等のように大光量が要求される照明装置においても、光源にＬＥＤを適用することが期待されている。

ところで、ヘッドランプやフォグランプ等は出射光の配光パターンが規格で定められており、規格通りの配光パターンを実現するためには、リフレクタを用いることが一般的である。例えば、特許文献１には、ＬＥＤを列状に配置したＬＥＤアレイと、このＬＥＤアレイから出射する光を反射して所定の配光パターンを生成する反射面との組み合わせを複数組用いて最終的な総合配光パターンを構成する技術が開示されている。
特開２００４−３４２５７４公報

しかしながら、ＬＥＤは点光源として扱うことが可能であるという利点を有するにも拘わらず、上述の特許文献１に開示された技術のように光源からの光をリフレクタで反射させることは、光の利用効率の観点上好ましくない。また、リフレクタを用いた場合、構造が複雑化し、特に光軸方向の小型化等を実現するには限界がある。

本発明は、簡単な構成で、光の利用効率を低下させることなく、所望の配光パターンを構成することができる照明装置を提供することを目的とする。

本発明は、光源と、前記光源からの出射光を入射して特定の照射領域に互いに重畳させて出射する同一形状をなす複数のレンズ部を配列した少なくとも２種類以上の複数のフライアイレンズと、を具備し、前記各フライアイレンズの照射領域の少なくとも一部を互いに一致させたことを特徴とする。

本発明の照明装置によれば、簡単な構成で、光の利用効率を低下させることなく、所望の配光パターンを構成することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１乃至図５は本発明の第１の実施形態に係わり、図１は照明装置の分解斜視図、図２は照明装置を出射側から見た平面図、図３は図２のＩ−Ｉ断面図、図４は現行の自動車用ランプ類配光の試験に用いられるフォグランプの配光規格とこの規格を用いた場合の各フライアイレンズの照射領域との関係を示す説明図、図５は照明装置の変形例を示す平面図である。

図１〜３において符号１は照明装置を示し、本実施形態においては、車載のフォグランプを示す。この照明装置１は、例えば、出射面１２ａに片突レンズが固設した複数（例えば、７個）の表面実装型の発光ダイオード（ＬＥＤ）１２を光源とする光源ユニット１０と、この光源ユニット１０に冠設するレンズ光学系ユニット２０とを有する。

光源ユニット１０は、ＬＥＤ基板１１を有する。ＬＥＤ基板１１は、例えば、略円盤状の基板で構成され、各ＬＥＤ１２を半田付け等によって保持し、さらに、保持した各ＬＥＤ１２を図示しない電源回路に電気的に接続する。ここで、本実施形態において、各ＬＥＤ１２は、ＬＥＤ基板１１上に等間隔毎に配置されている。具体的には、各ＬＥＤ１２は、例えば、ＬＥＤ基板１１の中央部に配置された１つのＬＥＤ１２を中心として、他のＬＥＤ１２が同心円上に等間隔で配置されている。また、各ＬＥＤ１２の発光効率を向上するため、ＬＥＤ基板１１の裏面には放熱フィン１３が固着している（図３参照）。

レンズ光学系ユニット２０は、レンズ筐体２１と、複数（例えば、７個）のコリメーションレンズ２３をレンズ筐体２１に保持するコリメーションレンズ保持板２２と、複数種類（例えば、３種類）からなる複数（例えば、７個）のフライアイレンズ（後述する第１〜第３のフライアイレンズ２６〜２８）をレンズ筐体２１に保持するフライアイレンズ保持板２５とを有する。

本実施形態において、レンズ筐体２１は、両端が開口する略円筒形状の部材で構成されている。レンズ筐体２１の内周には段部２１ａが形成されており、この段部２１ａによって、レンズ筐体２１の基部側の内径が先端部側の内径よりも大径に設定されている（図３参照）。ここで、レンズ筐体２１の基部側の内径は、ＬＥＤ基板１１の外径と略一致するよう設定されている。

コリメーションレンズ保持板２２は、その外径がレンズ筐体２１の基部側の内径と略一致する略円盤状の部材で構成されている。このコリメーションレンズ保持板２２には、ＬＥＤ基板１１上の各ＬＥＤ１２にそれぞれ対向する位置に、光軸方向に貫通するレンズ保持穴２２ａが開口されている。そして、コリメーションレンズ保持板２２は、各レンズ保持穴２２ａに、各コリメーションレンズ２３をそれぞれ嵌合保持してコリメーションレンズユニットを構成する。

図３に示すように、各コリメーションレンズ２３を保持したコリメーションレンズ保持板２２は、レンズ筐体２１内に基部側から挿入され、段部２１ａとの当接によってレンズ筐体２１内での位置決めがされる。さらに、レンズ筐体２１内において、コリメーションレンズ保持板２２の基部側にはリング状のスペーサ２４が配設されており、レンズ光学系ユニット２０が光源ユニット１０に冠設した際に、コリメーションレンズ保持板２２は、スペーサ２４を介してＬＥＤ基板１１に対向する。そして、スペーサ２４によって各ＬＥＤ１２と各コリメーションレンズ２３との光軸距離が適値に規定されることにより、各コリメーションレンズ２３は、対応するＬＥＤ１２からの入射光を、それぞれ略平行光に変換して出射する。

フライアイレンズ保持板２５は、レンズ筐体２１の先端部に冠設する略円盤状の部材で構成されている。このフライアイレンズ保持板２５には、コリメーションレンズ保持板２２上の各コリメーションレンズ２３にそれぞれ対向する位置に、光軸方向に貫通するレンズ保持穴２５ａが開口されている。そして、フライアイレンズ保持板２５は、各レンズ保持穴２５ａに、各第１〜第３フライアイレンズ２６〜２８をそれぞれ嵌合保持してフライアイレンズユニットを構成する。

具体的に説明すると、本実施形態において、フライアイレンズ保持板２５には、各レンズ保持穴２５ａによって、１個の第１のフライアイレンズ２６が保持されているとともに、２個の第２のフライアイレンズ２７が保持され、さらに、４個の第３のフライアイレンズ２８が保持されている。

第１のフライアイレンズ２６は、レンズ保持穴２５ａに嵌合保持される略円盤状のレンズ基板２６ａ上に、例えば、下方に突出する入射面と上方に突出する出射面とを備えた同一形状をなす複数のレンズ部２６ｂがマトリクス状に一体形成されたレンズ部材である。そして、第１のフライアイレンズ２６は、コリメーションレンズ２３から各レンズ部２６ｂにそれぞれ入射する光を互いに重畳させることにより、特定の照射領域Ａ１（図４参照）を均一照度で照射する。

第２のフライアイレンズ２７は、レンズ保持穴２５ａに嵌合保持される略円盤状のレンズ基板２７ａ上に、例えば、下方に突出する入射面と上方に突出する出射面とを備えた同一形状をなす複数のレンズ部２７ｂがマトリクス状に一体形成されたレンズ部材である。そして、第２のフライアイレンズ２７は、コリメーションレンズ２３から各レンズ部２７ｂにそれぞれ入射する光を互いに重畳させることにより、特定の照射領域Ａ２（図４参照）を均一照度で照射する。

第３のフライアイレンズ２８は、レンズ保持穴２５ａに嵌合保持される略円盤状のレンズ基板２８ａ上に、例えば、下方に突出する入射面と上方に突出する出射面とを備えた同一形状をなす複数のレンズ部２８ｂがマトリクス状に一体形成されたレンズ部材である。そして、第３のフライアイレンズ２８は、コリメーションレンズ２３から各レンズ部２８ｂにそれぞれ入射する光を互いに重畳させることにより、特定の照射領域Ａ３（図４参照）を均一照度で照射する。

ところで、照明装置１をフォグランプとして使用する場合、図４に示すように、照射距離１０ｍの地点において、照明装置１の正面位置Ｃ１での最高光度が１００００ｃｄ以下であることが要求される。また、Ｃ１の左右位置において、位置Ｃ２での光度が１０００ｃｄ以上、位置Ｃ３での光度が７５０ｃｄ以上、且つ、位置Ｃ４での光度が３００ｃｄ以上であることが要求される。さらに、水平以上の領域において、位置Ｃ５での光度が６５０ｃｄ以下、且つ、位置Ｃ６での光度が３００ｃｄ以下であることが要求される。

このため、本実施形態において、第１のフライアイレンズ２６の各レンズ部２６ｂを平面視した際の縦横寸法比は、例えば、２．２：２．２８に設定されている。そして、各レンズ部２６ｂの入射面及び出射面の曲率や頂間距離等を実験やシミュレーション等を用いて適値に設定することにより、第１のフライアイレンズ２６の照射領域Ａ１として、例えば、図４に示すように、幅方向に約−６．５°〜６．５°、高さ方向に約−１０°〜−１°の矩形領域、すなわち、地点Ｃ１，Ｃ２を包含する領域が規定されている。

また、第２のフライアイレンズ２７の各レンズ部２７ｂを平面視した際の縦横寸法比は、例えば、１．９：４．３６に設定されている。そして、各レンズ部２７ｂの入射面及び出射面の曲率や頂間距離等を実験やシミュレーション等を用いて適値に設定することにより、第２のフライアイレンズ２７の照射領域Ａ２として、例えば、図４に示すように、幅方向に約−１５°〜１５°、高さ方向に約−１０°〜−１°の矩形領域、すなわち、地点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を包含する領域が規定されている。ここで、本実施形態において、各第２のフライアイレンズ２７は、その光軸調整によって、照射領域Ａ１の中心と照射領域Ａ２の中心とが一致するよう設定されている。さらに、照射領域Ａ２が、照射領域Ａ１の全域を包含するよう設定されている。

また、第３のフライアイレンズ２８の各レンズ部２８ｂを平面視した際の縦横寸法比は、例えば、１．５：４．５２に設定されている。そして、各レンズ部２８ｂの入射面及び出射面の曲率や頂間距離等を実験やシミュレーション等を用いて適値に設定することにより、第３のフライアイレンズ２８の照射領域Ａ３として、例えば、図４に示すように、幅方向に約−２２°〜２２°、高さ方向に約−１０°〜−１°の矩形領域、すなわち、地点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を包含する領域が規定されている。ここで、本実施形態において、各第３のフライアイレンズ２８は、その光軸調整によって、照射領域Ａ１，Ａ２の中心と照射領域Ａ３の中心とが一致するよう設定されている。さらに、照射領域Ａ３が、照射領域Ａ１，Ａ２の全域を包含するよう設定されている。

これら各設定により、本実施形態の照明装置１では、照射領域Ａ１〜Ａ３が重畳された領域の光度が最も高く、次いで照射領域Ａ２，Ａ３が重畳された領域の光度が高く、照射領域Ａ３単独の領域の光度が最も低いという配光パターンが実現する。そして、各ＬＥＤ１２の出力を適値に調整することにより、フォグランプに要求される配光規格を満足させることが可能となる。

このような実施形態によれば、３種類の各フライアイレンズ２６〜２８による各照射領域Ａ１〜Ａ３を組み合わせることによって、照明装置１全体としての照明光の最終的な配光パターンを構成することにより、簡単な構成で、光の利用効率を低下させることなく、所望の配光パターンを構成することができる。

すなわち、各種フライアイレンズ２６〜２８で形成される照射領域Ａ１〜Ａ３の組み合わせて、リフレクタ等を用いることなく所望の配光パターンを構成することにより、構造を簡素化することができ、特に、照明装置１の光軸方向の寸法を飛躍的に短縮することができる。さらに、反射によるエネルギーロスが発生しないため、各ＬＥＤ１２から出射する光を有効に活用することができる。

ここで、上述の第１の実施形態において、各フライアイレンズ２６〜２８の配列等は、任意に設定することが可能である。例えば、ＬＥＤ基板１１、コリメーションレンズ保持板２２、及び、フライアイレンズ保持板２５をそれぞれ短冊状に形成することにより、図５に示すように、細長な照明装置１を構成することも可能である。すなわち、各フライアイレンズ２６〜２８の各照射領域Ａ１〜Ａ３の相対関係を適切に維持できれば、各フライアイレンズ２６〜２８の配列等は問わないので、リフレクタ等を用いて配光パターンを規定する照明装置等に比べて設計の自由度を飛躍的に向上させることができる。さらに、各フライアイレンズ２６〜２８の割合も用途等に応じて適宜変更することが可能であり、例えば、図５に示すように、第３のフライアイレンズ２８に代えて、第２のフライアイレンズ２７を多く配設することも可能である。

次に、図６，７は本発明の第２の実施形態に係わり、図６は照明装置の要部断面図、図７は照明装置の分解斜視図である。なお、本実施形態は、特に、小型の照明装置に好適に適用が可能なものである。

図６，７において、符号５１は照明装置を示し、この照明装置５１は、例えば、出射平面６２ａに片突レンズが固設した表面実装型の発光ダイオード（ＬＥＤ）６２を光源とする光源ユニット６０と、この光源ユニット６０に冠設するレンズ光学系ユニット７０とを有する。

光源ユニット６０は、ＬＥＤ基板６１を有する。ＬＥＤ基板６１は、その略中央部に半田付け等によってＬＥＤ６２を保持し、さらに、保持したＬＥＤ６２を図示しない電源回路と電気的に接続する。ここで、ＬＥＤ６２の発光効率を向上するため、ＬＥＤ基板６１の裏面には、放熱フィン６３が固着している。

また、レンズ光学系ユニット７０は、レンズ筐体７１と、このレンズ筐体７１に収容保持されるコリメーションレンズ７２、及び、フライアイレンズユニット７３を有する。

図７に示すように、本実施形態において、レンズ筐体７１は、略角筒形状をなし、その光軸方向の一端にＬＥＤ挿入口８０が開口している。また、レンズ筐体７１の光軸方向の他端には、ＬＥＤ挿入口８０に対向する位置に、照明光の出射口８１が開口している。そして、図６に示すように、レンズ筐体７１は、光源ユニット６０に冠設した際に、ＬＥＤ挿入口８０を通じてＬＥＤ６２を内部に露呈させ、ＬＥＤ６２の出射平面６２ａを出射口８１に対向させる。

また、レンズ筐体７１は、一側に開口するレンズ挿入口８３を有し、このレンズ挿入口８３に隣接する各側壁の内面に、ＬＥＤ挿入口８０側から順に、互いに対向するコリメーションレンズ保持溝８５、及び、フライアイレンズ保持溝８６を有する。

コリメーションレンズ７２は、例えば、コリメーションレンズ保持溝８５に挿入保持される平面略矩形形状のレンズ基板７２ａの出射側に、レンズ部７２ｂが一体形成されたレンズ部材である。そして、コリメーションレンズ７２は、ＬＥＤ６２から入射する光を、レンズ部７２ｂで略平行光に変換して出射する。

フライアイレンズユニット７３は、フライアイレンズ保持溝８６に挿入保持される平面略矩形形状のレンズ基板７３ａ上に、第１のフライアイレンズ７５と、第２のフライアイレンズ７６とを一体形成したレンズユニットである。ここで、本実施形態において、第１のフライアイレンズ７５は、レンズ基板７３ａ上の略中央部に形成され、この第１のフライアイレンズ７５の周囲に、第２のフライアイレンズ７６が形成されている。

すなわち、レンズ基板７３ａ上の略中央部には、下方に突出する入射面と上方に突出する出射面とを備えた同一形状をなす複数のレンズ部７５ａがマトリクス状に配列され、これらにより、第１のフライアイレンズ７５が構成されている。また、レンズ基板７３ａ上には、第１のフライアイレンズ７５を囲繞する位置に、下方に突出する入射面と上方に突出する出射面とを備えた同一形状をなす複数のレンズ部７６ａが配列され、これらにより、第２のフライアイレンズ７６が構成されている。

ここで、本実施形態のフライアイレンズユニット７３においても、上述の第１の実施形態と同様、第１のフライアイレンズ７５の照射領域と、第２のフライアイレンズ７６の照射領域との少なくとも一部が互いに一致するよう設定されている。なお、本実施形態においては、各照射領域の光度等を、各フライアイレンズ７５，７６を構成するレンズ部７５ａ，７６ａの数量比や面積比等によって適値調整することが可能である。

ここで、図７中符号９５は側板であり、この側板９５は、コリメーションレンズ７２及びフライアイレンズユニット７３をレンズ筐体７１内に収容後に、例えば粘着テープ等による貼着によって、レンズ筐体７１のレンズ挿入口８３を閉塞する。

このような実施形態によれば、上述の実施形態で得られる効果に加え、単一の光源によって所望の配光パターンの照明光を実現でき、さらに、各フライレンズ７５，７６を一体形成したことにより構造をより簡素化することができるという効果を奏する。

次に、図８，９は本発明の第３の実施形態に係わり、図８は照明装置の要部を出射側から見た平面図、図９は図８のII−II線に沿って要部を示す断面図である。なお、本実施形態においては、上述の第１の実施形態に対し、各フライアイレンズの構成が主として異なる。その他、上述の第１の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態において、フライアイレンズ保持板２５には、第１のフライアイレンズ２６に代えて第４のフライアイレンズ１２６が保持され、第２のフライアイレンズ２７に代えて第５のフライアイレンズ１２７が保持され、さらに、第３のフライアイレンズ２８に代えて第６のフライアイレンズ１２８が保持されている。

第４のフライアイレンズ１２６は、レンズ保持穴２５ａに嵌合保持される略円盤状のレンズ基板１２６ａ上に、フレネルレンズで構成されたレンズ部１２６ｂがマトリクス状に一体形成されたレンズ部材である。そして、各レンズ部１２６ｂをフレネルレンズで構成することにより、第４のフライアイレンズ１２６は、薄型化及び軽量化を実現しつつ、上述の第１の実施形態で示したフライアイレンズ２６と同様の光学特性を実現する。

第５のフライアイレンズ１２７は、レンズ保持穴２５ａに嵌合保持される略円盤状のレンズ基板１２７ａ上に、フレネルレンズで構成されたレンズ部１２７ｂがマトリクス状に一体形成されたレンズ部材である。そして、各レンズ部１２７ｂをフレネルレンズで構成することにより、第５のフライアイレンズ１２７は、薄型化及び軽量化を実現しつつ、上述の第１の実施形態で示したフライアイレンズ２７と同様の光学特性を実現する。

第６のフライアイレンズ１２８は、レンズ保持穴２５ａに嵌合保持される略円盤状のレンズ基板１２８ａ上に、フレネルレンズで構成されたレンズ部１２８ｂがマトリクス状に一体形成されたレンズ部材である。そして、各レンズ部１２８ｂをフレネルレンズで構成することにより、第６のフライアイレンズ１２８は、薄型化及び軽量化を実現しつつ、上述の第１の実施形態弟子目下フライアイレンズ２８と同様の光学特性を実現する。

このような本実施形態では、各種レンズ部１２６ｂ〜１２８ｂのレンズ曲面を階段状に不連続に分割する際の分割数やレンズ曲面の曲率等の諸元を適切に設定することにより、同一の光学部材を用いた場合にも、各種フライアイレンズ１２６〜１２８の厚さ（頂隙間距離）を互いに一致させることが可能となる。そして、このように各種フライアイレンズ１２６〜１２８の厚さを一致させルことにより、各フライアイレンズ１２６〜１２８を各レンズ保持穴２５ａに保持する際の保持構造等を統一することができ、生産性等を向上することができる。

なお、本実施形態においては、全てのフライアイレンズの各レンズ部をフレネルレンズで構成した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、薄型化や軽量化等を特に必要とする種類のフライアイレンズに対してのみ、各レンズ部をフレネルレンズで構成してもよい。

また、上述の第２の実施形態で説明したフライアイレンズユニット７３においても、各レンズ部７５ａ，７６ａをフレネルレンズで構成することが可能である。この場合、特に、各種レンズ部を互いに一致する厚さに形成すれば、フライアイレンズユニット７３全体としての厚さが略均一となり、例えば、フライアイレンズユニット７３を射出成形する場合に、射出成形金型に樹脂材料等を充填する際の温度管理等が容易になり、生産性及び歩留まりが向上する。

なお、上述の各実施形態においては、要求される配光パターン等に応じて、フライアイレンズの種類及び数量等を適宜変更しても良いことは勿論である。

本発明の第１の実施形態に係わり、照明装置の分解斜視図 照明装置を出射側から見た平面図 図２のＩ−Ｉ断面図 現行の自動車用ランプ類配光の試験に用いられるフォグランプの配光規格とこの規格を用いた場合の各フライアイレンズの照射領域との関係を示す説明図 照明装置の変形例を示す平面図 本発明の第２の実施形態に係わり、照明装置の要部断面図 照明装置の分解斜視図 本発明の第３の実施形態に係わり、照明装置の要部を出射側から見た平面図 同上、図８のII−II線に沿って要部を示す断面図

符号の説明

１…照明装置、１０…光源ユニット、１１…ＬＥＤ基板、１２…発光ダイオード（光源）、２０…レンズ光学系ユニット、２６…第１のフライアイレンズ、２６ａ…レンズ基板、２６ｂ…レンズ部、２７…第２のフライアイレンズ、２７ａ…レンズ基板、２７ｂ…レンズ部、２８…第３のフライアイレンズ、２８ａ…レンズ基板、２８ｂ…レンズ部、Ａ１〜Ａ３…第１〜第３の照射領域、５１…照明装置、６０…光源ユニット、６１…ＬＥＤ基板、６２…発光ダイオード（光源）、７０…レンズ光学系ユニット、７３…フライアイレンズユニット、７３ａ…レンズ基板、７５…第１のフライアイレンズ、７５ａ…レンズ部、７６…第２のフライアイレンズ、７６ａ…レンズ部

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源からの出射光を入射して特定の照射領域に互いに重畳させて出射する同一形状をなす複数のレンズ部を配列した少なくとも２種類以上の複数のフライアイレンズと、を具備し、
   前記各フライアイレンズの照射領域の少なくとも一部を互いに一致させたことを特徴とする照明装置。
2. 前記各フライアイレンズを単一のレンズ基板上に一体形成したことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記各フライアイレンズのうちの少なくとも１種類のフライアイレンズの各レンズ部をフレネルレンズで構成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の照明装置。
4. フレネルレンズで構成した前記各レンズ部の諸元設定により、異なる種類の前記フライアイレンズの厚さを互いに一致させたことを特徴とする請求項３記載の照明装置。

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