JP5147358B2 - Illumination optics - Google Patents
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Description
本発明は、照明技術に関し、特に所定幅で伸延する照明領域を照明する技術に関する。 The present invention relates to an illumination technique, and more particularly to a technique for illuminating an illumination area extending at a predetermined width.
近年、高輝度で白色のLED素子が安価に提供されつつあり、このようなLED素子を照明光源として用いる照明装置が提案されている(例えば、特許文献1など参照)。この種の照明装置は、LED素子の周囲にフレネルレンズなどの配光レンズを配置して、円形あるいは楕円形の照明領域を照明している。
また、このようなLED素子のモールド樹脂に形成されたレンズに加え、LED素子の周囲に反射鏡やプリズムを設け、これらLED素子をマトリクス状に配置することにより、照明領域を照明するものも提案されている(例えば、特許文献2など参照)。
In recent years, high-intensity white LED elements are being provided at low cost, and lighting devices using such LED elements as illumination light sources have been proposed (for example, see Patent Document 1). In this type of illumination device, a light distribution lens such as a Fresnel lens is disposed around an LED element to illuminate a circular or elliptical illumination area.
In addition to the lens formed on the mold resin of the LED element, a reflector or prism is provided around the LED element, and these LED elements are arranged in a matrix to illuminate the illumination area. (See, for example, Patent Document 2).
しかしながら、このような従来技術では、円形、楕円形、あるいは矩形の照明領域を照明することを目的としているため、所定幅で伸延する照明領域を効率よく照明できないという問題点があった。
この種の白色LED素子は、輝度が大幅に改善されたとはいえ、従来の照明用光源、例えば蛍光ランプ、高圧水銀灯、メタルハライドランプ、ナトリウムランプなどのランプに比較して光量が少ないため、照明領域を十分な照度で照明することは難しい。したがって、LED素子からの光束を所望の照明領域に効率よく配光することが必要となる。
However, such a conventional technique is intended to illuminate a circular, elliptical, or rectangular illumination area, and therefore has a problem in that an illumination area extending at a predetermined width cannot be efficiently illuminated.
Although this type of white LED element has greatly improved brightness, it has a lower light intensity than conventional illumination light sources such as fluorescent lamps, high-pressure mercury lamps, metal halide lamps, sodium lamps, etc. It is difficult to illuminate with sufficient illuminance. Therefore, it is necessary to efficiently distribute the luminous flux from the LED element to a desired illumination area.
従来技術では、2次元的な拡がりを持つ円形あるいは楕円形の照明領域を有しているため、所定幅で伸延する照明領域に適用した場合、照明領域の幅方向に余分な光が出射されるため、所望の照明領域の照度が低下する。また、従来技術では、円形あるいは楕円形の照明領域に対して光が均一に出射されるため、照明領域の周縁部における照度が低下する。したがって、特に所定幅で伸延する照明領域では、その遠端領域の照度が不足することから、照明領域内においてムラのない輝度、すなわち良好な輝度均斉度を得ることができない。。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、所定幅で伸延する照明領域をLED素子からなる光源を用いて十分な輝度と良好な輝度均斉度で効率よく照明することが可能な照明光学系を提供することを目的としている。
Since the conventional technology has a circular or elliptical illumination area having a two-dimensional expansion, when applied to an illumination area extending at a predetermined width, extra light is emitted in the width direction of the illumination area. Therefore, the illuminance of the desired illumination area is reduced. In the prior art, since light is uniformly emitted to a circular or elliptical illumination area, the illuminance at the peripheral edge of the illumination area decreases. Therefore, particularly in an illumination area that extends with a predetermined width, the illuminance of the far end area is insufficient, so that it is not possible to obtain uniform brightness, that is, good brightness uniformity in the illumination area. .
The present invention is for solving such problems, and it is possible to efficiently illuminate an illumination area extending at a predetermined width with sufficient luminance and good luminance uniformity using a light source composed of LED elements. An object of the present invention is to provide an illumination optical system.
このような目的を達成するために、本発明にかかる照明光学系は、所定幅で伸延する照明領域を、この照明領域の長手方向に並ぶ複数のLED素子からなる光源からの拡散光束で照明する照明光学系であって、光源からの拡散光束を照明領域の幅方向について照明領域幅に応じた角度領域に集光することにより、照明領域の長手方向に拡がる扇形の集光光束を出射するサブレンズと、このサブレンズで集光された集光光束を全体として照明領域へ向けて出射するとともに、その一部を長手方向に沿って照明領域内の遠端領域の方向へ屈折させて出射するメインレンズとを備えている。 In order to achieve such an object, the illumination optical system according to the present invention illuminates an illumination area extending at a predetermined width with a diffused light beam from a light source composed of a plurality of LED elements arranged in the longitudinal direction of the illumination area. An illumination optical system that emits a fan-shaped condensed light beam that extends in the longitudinal direction of an illumination area by condensing a diffused light beam from a light source in an angle area corresponding to the width of the illumination area in the width direction of the illumination area The lens and the condensed light beam condensed by the sub lens are emitted toward the illumination area as a whole, and a part thereof is refracted along the longitudinal direction toward the far end area in the illumination area and emitted. And a main lens.
この際、メインレンズとして、幅方向に伸延するとともに長手方向に沿って湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分の底部と端部との間に、集光光束のうち入射された光を屈折させて照明領域へ出射する1つ以上の部分レンズが形成されてレンズを用いてもよい。
この際、メインレンズの部分レンズとして、照明領域の遠端領域の方向に光軸を有する凸レンズを用いてもよい。
また、メインレンズの部分レンズとして、照明領域の中央領域の方向に光軸を有する凹レンズを用いてもよい。
At this time, the main lens has a saddle shape that extends in the width direction and curves along the longitudinal direction, and refracts the incident light of the condensed light flux between the bottom and the end of the curved portion. A lens may be used by forming one or more partial lenses that emit light to the illumination area.
At this time, a convex lens having an optical axis in the direction of the far end region of the illumination region may be used as the partial lens of the main lens.
Further, as a partial lens of the main lens, a concave lens having an optical axis in the direction of the central area of the illumination area may be used.
また、メインレンズの部分レンズとして、集光光束のうち照明領域の中央領域と遠端領域との間の中間領域へ向けて出射された光の一部を遠端領域へ向けて出射する凸レンズを用いてもよい。
また、メインレンズの部分レンズとして、集光光束のうち照明領域より遠方へ向けて出射された光の一部を遠端領域へ向けて出射する凸レンズを用いてもよい。
また、メインレンズの部分レンズとして、集光光束のうち照明領域の中央領域へ向けて照射された光の一部を、中央領域と遠端領域の間の中間領域、または遠端領域へ向けて出射する凹レンズを用いてもよい。
Further, as a partial lens of the main lens, a convex lens that emits a part of the light emitted toward the intermediate region between the central region of the illumination region and the far end region of the condensed light beam toward the far end region. It may be used.
Further, as the partial lens of the main lens, a convex lens that emits a part of the light emitted toward the far side from the illumination area in the condensed light beam may be used.
Further, as a partial lens of the main lens, a part of the light emitted toward the central region of the illumination region of the condensed light flux is directed toward an intermediate region between the central region and the far end region, or a far end region. A concave lens that emits light may be used.
また、メインレンズは、幅方向に伸延するとともに長手方向に沿って湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分においてその底部から当該底部と端部の間の中間部に向けて厚さが徐々に厚くなるよう形成してもよい。
また、メインレンズは、幅方向に伸延するとともに長手方向に沿って湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分においてその端部から当該端部と底部の間の中間部に向けて厚さが徐々に厚くなるよう形成してもよい。
Further, the main lens has a hook shape that extends in the width direction and curves along the longitudinal direction, and the thickness gradually increases from the bottom of the curved portion toward the intermediate portion between the bottom and the end. You may form so that it may become.
Further, the main lens has a saddle shape that extends in the width direction and curves along the longitudinal direction, and the thickness gradually increases from the end of the curved portion toward the intermediate portion between the end and the bottom. You may form so that it may become thick.
本発明によれば、光源ユニットのLED素子から下方へ出射された拡散光束が、サブレンズにより、照明領域の長手方向に沿って拡がる扇形の集光光束に集光された後、メインレンズにより、照明領域全体へ向けて出射されるとともに、集光光束の一部が長手方向に沿って屈折して照明領域内の遠端領域の方向へ出射される。
したがって、光源ユニットのLED素子から拡散光束を、所定幅で伸延する所望の照明領域内に効率よく集光でき、中央領域に比較して照度が不足する遠端領域においても、十分な照度を得ることができる。このため、光源としてLED素子を用いた場合でも、照明領域全域にわたり十分な路面輝度と良好な輝度均斉度で効率よく照明することが可能となる。
According to the present invention, the diffused light beam emitted downward from the LED element of the light source unit is condensed into a fan-shaped condensed light beam that spreads along the longitudinal direction of the illumination area by the sub lens, and then, by the main lens, In addition to being emitted toward the entire illumination area, a part of the condensed light flux is refracted along the longitudinal direction and emitted toward the far end area in the illumination area.
Accordingly, the diffused light flux from the LED element of the light source unit can be efficiently collected in a desired illumination area extending with a predetermined width, and sufficient illuminance is obtained even in the far end area where the illuminance is insufficient compared to the central area. be able to. For this reason, even when an LED element is used as the light source, it is possible to efficiently illuminate with sufficient road surface luminance and good luminance uniformity over the entire illumination area.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[照明光学系]
まず、図1〜図4を参照して、本発明の一実施の形態にかかる照明光学系について説明する。図1は、本発明の一実施の形態にかかる照明光学系を示す構成図である。図2は、図1のA−A断面図である。図3は、光源ユニットを斜め下方から見た斜視図である。図4は、サブレンズを斜め下方から見た斜視図である。図5は、メインレンズを斜め下方から見た斜視図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Illumination optics]
First, an illumination optical system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram showing an illumination optical system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 3 is a perspective view of the light source unit as viewed obliquely from below. FIG. 4 is a perspective view of the sub lens as viewed obliquely from below. FIG. 5 is a perspective view of the main lens as viewed obliquely from below.
照明光学系は、所定幅で伸延する照明領域を、この照明領域の長手方向に並ぶ複数のLED素子からなる光源からの拡散光束で照明する光学系である。この照明光学系は、例えば、車道や歩道などの道路を照明する場合、道路から8m〜12mの高さ位置に設置され、35m間隔で道路に沿って等間隔に配置される。 The illumination optical system is an optical system that illuminates an illumination area extending at a predetermined width with a diffused light beam from a light source composed of a plurality of LED elements arranged in the longitudinal direction of the illumination area. For example, when illuminating a road such as a roadway or a sidewalk, the illumination optical system is installed at a height of 8 m to 12 m from the road, and is arranged at equal intervals along the road at intervals of 35 m.
本実施の形態は、光源ユニット1からの拡散光束を照明領域の幅方向について当該照明領域幅に応じた角度領域に集光することにより、照明領域の長手方向に拡がる扇形の集光光束を出射するサブレンズ2と、このサブレンズ2で集光された集光光束を全体として照明領域へ向けて出射するとともに、その一部を長手方向に沿って屈折させて照明領域内の遠端領域の方向へ出射するメインレンズ3とを備えている。
In the present embodiment, by condensing the diffused light beam from the
次に、照明光学系の構成について詳細に説明する。以下では、理解を容易とするため、照明領域をその上方に配置した照明光学系を用いて照明する場合を例として説明する。また、照明領域が伸延する長手方向を長手方向Xと定義し、この長手方向Xと直交して照明領域を横断する幅員方向を幅方向Yと定義し、これら長手方向Xおよび幅方向Yと直交して照明光学系から照明領域へ向かう方向を下方向Zと定義する。また照明光学系を照明領域の反対側から見た面を照明光学系の正面とする。 Next, the configuration of the illumination optical system will be described in detail. Below, in order to make an understanding easy, it demonstrates as an example the case where it illuminates using the illumination optical system which has arrange | positioned the illumination area | region above it. Further, the longitudinal direction in which the illumination area extends is defined as the longitudinal direction X, and the width direction orthogonal to the longitudinal direction X and transverse to the illumination area is defined as the width direction Y, and orthogonal to the longitudinal direction X and the width direction Y. A direction from the illumination optical system toward the illumination area is defined as a downward direction Z. The surface of the illumination optical system viewed from the opposite side of the illumination area is the front of the illumination optical system.
光源ユニット1は、図3に示すように、平面視長方形状の基板11と、この基板11の底面12に複数のLED素子14が一列に実装されてなる発光部13から構成されている。各LED素子は表面実装型のLEDチップからなり、LED素子から四方へ拡散する拡散光束が出射される。この発光部13の長手方向Xおよび幅方向Yの中心位置を発光中心点15という。
As shown in FIG. 3, the
サブレンズ2は、全体としてガラスや透明樹脂からなり、図4に示すように、光源ユニット1の発光部13に沿って長尺の、下方へ凸の蒲鉾形状をなすシリンドリカルレンズなどのレンズ部21と、隣接するレンズ部21の上側端部間を連結する連結部22とから構成されている。この連結部22により、光源ユニット1の発光部13の配置ピッチに応じて各レンズ部21が並行配列されて一体化されている。各レンズ部21の長手方向Xおよび幅方向Yの中心位置を光中心位置23という。
The
メインレンズ3は、全体としてガラスや透明樹脂からなり、図5に示すように、幅方向Yに沿って伸延するとともに、下方へ湾曲する樋形状をなすレンズ部31から構成されている。また、レンズ部31は、光中心位置Pを中心として長手方向Xに沿った俯角方向において、その湾曲部分の左右の端部3Aから底部3Bまでの間に、機能の異なる部分レンズ31R,32R,33Rと部分レンズ31L,32L,33Lがそれぞれ連接形成されている。このうち、部分レンズ31R,32Rは1つの部分レンズ(凸レンズ)34Rと見なすことができ、部分レンズ31L,32Lを1つの部分レンズ(凸レンズ)34Lと見なすことができ、部分レンズ33R,33Lを1つの部分レンズ(凹レンズ)33と見なすことができる。
The
このようにして、光源ユニット1の発光部13は、その長尺方向が長手方向Xと並行して複数並列配置され、サブレンズ2は、これら発光部13の下方位置に、その長尺方向が発光部13に並行してそれぞれ配置される。また、メインレンズ3は、これらサブレンズ2の下方位置に、その長尺方向がこれら発光部13およびサブレンズ2とは直交する幅方向Yと並行して配置される。
In this way, a plurality of light emitting
図1および図2に示すように、レンズ部31は、湾曲内側上部位置に所望の照明領域が得られる共役点として、レンズ部31の長手方向Xにおける左右中央位置であって、レンズ部31の湾曲部分の左右の端部3Aから僅かに上方の位置に、光中心位置(光中心線)Pが設計されている。光源ユニット1は、発光部13の発光中心点15がメインレンズ3の光中心位置Pと一致するよう配置される。また、サブレンズ2は、レンズ部21の光中心位置23が、発光中心点15と光中心位置Pを通過する下方向Zに並行な光軸Q上に位置するよう、光源ユニット1とメインレンズ3との間に配置される。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
これにより、光源ユニット1のLED素子14から下方へ出射された拡散光束が、サブレンズ2により、長手方向Xに沿って拡がる扇形の集光光束に集光された後、メインレンズ3により、照明領域全体へ向けて出射されるとともに、集光光束の一部が長手方向Xに沿って屈折して照明領域内の遠端領域の方向へ出射される。
Thereby, the diffused light beam emitted downward from the
[光学系の動作]
次に、図6〜図10を参照して、本発明の一実施の形態にかる照明光学系の光学系の動作について説明する。
図6は、本発明の一実施の形態にかかる照明光学系を示す正面図である。図7は、本発明の一実施の形態にかかる照明光学系を示す平面図である。図8は、メインレンズの光拡散特性を示す説明図である。図9は、光源ユニット単体の配光特性を示す説明図である。図10は、本発明の一実施の形態にかる照明光学系のメインレンズを用いた場合の光源ユニットの配光特性を示す説明図である。
[Operation of optical system]
Next, the operation of the optical system of the illumination optical system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a front view showing an illumination optical system according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a plan view showing an illumination optical system according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the light diffusion characteristics of the main lens. FIG. 9 is an explanatory diagram showing light distribution characteristics of a single light source unit. FIG. 10 is an explanatory diagram showing the light distribution characteristics of the light source unit when the main lens of the illumination optical system according to the embodiment of the present invention is used.
照明領域8は、本実施の形態にかかる照明光学系を用いた照明により所定の輝度を得る領域であり、略長方形をなしている。レンズ部31の光中心位置Pに配置された発光部13からの拡散光束は、サブレンズ2により、長手方向Xに沿って拡がる扇形の集光光束に集光された後、レンズ部31へ導かれる。
この集光光束は、幅方向Yにおいて少なくとも照明領域8の幅に応じた角度の拡がりを有している。このため、照明光学系から照明領域8までの距離が長い場合、図2に示したように、幅方向Yにおいてほぼ並行な光線をなしており、レンズ部31では、幅方向Yにおいて集光光束に対してほとんど作用しない。したがって、ここでは幅方向Yに関する配光機能の説明は省略し、長手方向Xに沿った俯角方向におけるメインレンズ3の配光機能について説明する。
The
This condensed light flux has an angle spread corresponding to at least the width of the
なお、以下では、光中心位置Pすなわち光源ユニット1の発光部13の左右中心から出射された集光光束に関するメインレンズ3の配光特性を説明するが、図1に示すように、光源ユニット1の発光部13は、長手方向Xに沿ってある程度の長さを有している。したがって、実際には、発光部13の左右中心から出射された集光光束により形成された照明領域8に重なるように、この照明領域8に対して長手方向Xに沿って僅かにずれた照明領域が、発光部13の左右端部から出射された集光光束に基づいてメインレンズ3により形成される。
In the following, the light distribution characteristics of the
レンズ部31は、図8に示すように、光中心位置Pを中心として長手方向Xに沿った俯角方向において、湾曲部分の左右の端部3Aから底部3Bまでの角度方向に設けた3つの角度領域θ1、θ2、θ3のそれぞれに対応して、機能の異なる部分レンズが連接形成された複合レンズから構成されている。
As shown in FIG. 8, the
以下では、光中心位置Pから見て、角度領域θ1と角度領域θ2の境目方向を角度方向θAと定義し、光中心位置Pから見て、角度領域θ2と角度領域θ3の境目方向を角度方向θBと定義し、光中心位置Pから見て、真下の方向を真下方向θCと定義する。これら角度領域θ1,θ2,θ3および角度方向θA,θBは、光中心位置Pと真下方向θCを結ぶ線、すなわち光軸Qを中心として左右対称である。 Hereinafter, the boundary direction between the angle region θ1 and the angle region θ2 is defined as the angle direction θA when viewed from the optical center position P, and the boundary direction between the angle region θ2 and the angle region θ3 is viewed from the optical center position P as the angular direction. θB is defined, and the direction directly below the optical center position P is defined as a direct downward direction θC. These angular regions θ1, θ2, θ3 and angular directions θA, θB are bilaterally symmetric about a line connecting the optical center position P and the direct downward direction θC, that is, the optical axis Q.
端部3Aから始まる角度領域θ1に設けられた部分レンズ31R,31Lは、端部3Aから角度方向θAに向けて、その湾曲部分の厚さが徐々に厚くなる凸レンズから構成されている。
すなわち、これら部分レンズ31R,31Lは、集光光束のうち照明領域8の遠端領域8Aより遠方へ向けて出射された光の一部を、長手方向Xに沿って屈折させることにより、遠端領域8Aへ向けて出射する凸レンズである。
The
In other words, the
これにより、サブレンズ2からの集光光束のうち長手方向Xにおいて照明領域8より遠方方向ここでは角度領域θ1へ出射された光41R,41Lは、部分レンズ31R,31Lにより当初の進路方向より斜め下方へ屈折して、光51R,51Lとして照明領域8の遠端領域8Aへ出射される。
したがって、凸レンズという比較的簡素な構成の部分レンズ31R,31Lにより、照明領域8内において比較的不足している遠端領域8Aの照度を、照明領域8より遠方方向へ出射されていた無駄な光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないLED素子であっても、照明領域8を効率よく均等に照明することができる。
Thus, the
Therefore, the irradiance of the
角度領域θ1に続いて始まる角度領域θ2に設けられた部分レンズ32R,32Lは、角度方向θBから角度方向θAに向けて、その湾曲部分の厚さが徐々に厚くなる凸レンズから構成されている。
すなわち、これら部分レンズ32R,32Lは、集光光束のうち照明領域8の中央領域8Cと遠端領域8Aとの間の中間領域8Bへ向けて出射された光の一部を、長手方向Xに沿って屈折させることにより、遠端領域8Aへ向けて出射する凸レンズである。
The
That is, the
これにより、サブレンズ2からの集光光束のうち長手方向Xにおいて斜め下方向ここでは角度領域θ2へ出射された光42R,42Lは、部分レンズ32R,32Lにより当初の進路方向より斜め上方へ屈折して、光52R,52Lとして照明領域8の遠端領域8Aへ出射される。
したがって、凸レンズという比較的簡素な構成の部分レンズ32R,32Lにより、照明領域8内において比較的不足している遠端領域8Aの照度を、照度が十分な照度の中間領域8Bへ出射されていた光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないLED素子であっても、照明領域8を効率よく均等に照明することができる。
Thus, the
Therefore, the illuminance of the
一方、角度領域θ2に続いて始まる角度領域θ3に設けられた部分レンズ33R,33Lは、角度方向θBから底部3B方向に向けて、その湾曲部分の厚さが徐々に薄くなる凹レンズから構成されている。
すなわち、これら部分レンズ33R,33Lは、集光光束のうち照明領域の中央領域へ向けて照射された光の一部を、長手方向Xに沿って屈折させることにより、中間領域8Bまたは遠端領域8Aへ向けて出射する凹レンズである。
On the other hand, the
That is, the
これにより、サブレンズ2からの集光光束のうち長手方向Xにおいて中央領域8C方向ここでは角度領域θ3へ出射された光43R,43Lは、部分レンズ33R,33Lにより当初の進路方向より斜め上方へ屈折して、光53R,53Lとして照明領域8の中間領域8Bさらには遠端領域8Aへ出射される。
したがって、凹レンズという比較的簡素な構成の部分レンズ33R,33Lにより、照明領域8内において比較的不足している中間領域8Bや遠端領域8Aの照度を、照度が過剰な中央領域8Cへ出射されていた光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないLED素子であっても、照明領域8を効率よく均等に照明することができる。
As a result, the
Therefore, the
部分レンズのうち、互いに隣接する部分レンズ31R,32Rや部分レンズ31L,32Lは、いずれも凸レンズであることから、これらを一体の部分レンズとして捉えることができる。すなわち、部分レンズ31R,32Rは、遠端領域8Aの方向すなわち角度方向θAに光軸を有する凸レンズ34Rから形成してもよい。
これにより、集光光束のうち長手方向Xにおいて照明領域8より遠方方向ここでは角度領域θ1へ出射された光41Rと、斜め下方向ここでは角度領域θ2へ出射された光42Rとが、凸レンズ34Rにより屈折して、光51R,52Rとして照明領域8の遠端領域8Aへ出射される。
Among the partial lenses, the adjacent
Thereby, the light 41R emitted in the longitudinal direction X in the direction far from the
同じく、部分レンズ31L,32Lは、遠端領域8Aの方向すなわち角度方向θAに光軸を有する凸レンズ34Lから形成してもよい。
これにより、集光光束のうち長手方向Xにおいて照明領域8より遠方方向ここでは角度領域θ1へ出射された71Lと、斜め下方向ここでは角度領域θ2へ出射された光42Lとが、凸レンズ34Lにより屈折して、光51L,52Lとして照明領域8の遠端領域8Aへ出射される。
Similarly, the
As a result, 71 L emitted in the longitudinal direction X farther from the
また、部分レンズのうち、互いに隣接する部分レンズ33R,33Lは、いずれも凹レンズであることから、これらを一体の部分レンズとして捉えることができる。すなわち、部分レンズ33R,33Lは、中央領域8Cの方向すなわち光軸Q上の真下方向θCに光軸を有する凹レンズ33から形成してもよい。
これにより、集光光束のうち中央領域8C方向ここでは角度領域θ3へ出射された光43R,43Lが、凹レンズ33により屈折して、光53R,53Lとして照明領域8の中間領域8Bおよび遠端領域8Aへ出射される。
Further, among the partial lenses, the adjacent
As a result, the
図10に示すメインレンズ3の配光特性によれば、図9の光源ユニット単体の配光特性と比較して、照明領域8の遠端領域8Aの方向、ここでは真下方向θC(光軸Q)から長手方向Xにおいて約60°の角度方向に高い光度が得られていることがわかる。
角度方向θAや角度領域θ1については、照明光学系の設置高さと照明領域8の遠端領域8Aとの角度位置関係により決定すればよい。また、角度方向θBや角度領域θ2、θ3については、照明領域8の全域にわたり照度分布が所望の範囲内に納まるような角度、例えば真下方向θCから長手方向Xにおいて約40°の角度方向を選択すればよい。
According to the light distribution characteristic of the
The angle direction θA and the angle region θ1 may be determined based on the angular position relationship between the installation height of the illumination optical system and the
[本実施の形態の効果]
このように本実施の形態は、光源ユニットからの拡散光束を照明領域の幅方向について照明領域幅に応じた角度領域に集光することにより、照明領域の長手方向に拡がる扇形の集光光束を出射するサブレンズと、このサブレンズで集光された集光光束を全体として照明領域へ向けて出射するとともに、その一部を長手方向に沿って屈折させて照明領域内の遠端領域の方向へ出射するメインレンズとを備えている。
[Effects of the present embodiment]
As described above, this embodiment collects the diffused light flux from the light source unit in the angle area corresponding to the width of the illumination area with respect to the width direction of the illumination area, so that the fan-shaped condensed light flux spreading in the longitudinal direction of the illumination area is obtained. The exiting sub-lens and the condensed light beam condensed by the sub-lens are emitted toward the illumination region as a whole, and a part thereof is refracted along the longitudinal direction to the direction of the far end region in the illumination region And a main lens that emits light to the screen.
これにより、光源ユニットのLED素子から下方へ出射された拡散光束が、サブレンズにより、長手方向Xに沿って拡がる扇形の集光光束に集光された後、メインレンズにより、照明領域全体へ向けて出射されるとともに、集光光束の一部が長手方向Xに沿って屈折して照明領域内の遠端領域の方向へ出射される。
したがって、光源ユニットのLED素子から拡散光束を、所定幅で伸延する所望の照明領域内に効率よく集光でき、中央領域に比較して照度が不足する遠端領域においても、十分な照度を得ることができる。このため、光源としてLED素子を用いた場合でも、照明領域全体にわたり十分な輝度と良好な輝度均斉度で効率よく照明することが可能となる。
As a result, the diffused light beam emitted downward from the LED element of the light source unit is condensed by the sub lens into a fan-shaped condensed light beam that spreads in the longitudinal direction X, and then directed to the entire illumination area by the main lens. And a part of the condensed light beam is refracted along the longitudinal direction X and is emitted toward the far end region in the illumination region.
Accordingly, the diffused light flux from the LED element of the light source unit can be efficiently collected in a desired illumination area extending with a predetermined width, and sufficient illuminance is obtained even in the far end area where the illuminance is insufficient compared to the central area. be able to. For this reason, even when an LED element is used as the light source, it is possible to efficiently illuminate with sufficient luminance and good luminance uniformity over the entire illumination area.
また、本実施の形態では、メインレンズとして、幅方向Yに伸延するとともに長手方向Xに沿って下方へ湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分の底部と端部との間に、集光光束のうち入射された光を屈折させて照明領域へ出射する1つ以上の部分レンズが形成されたレンズを用いるようにしたので、長手方向Xに沿って拡がる扇形の集光光束について、長手方向Xに沿った俯角方向において所望の配光特性を容易に得ることができる。 Further, in the present embodiment, the main lens has a hook shape that extends in the width direction Y and curves downward along the longitudinal direction X, and the condensed light flux is formed between the bottom portion and the end portion of the curved portion. Since the lens in which one or more partial lenses that refract the incident light and emit to the illumination area is used is used, the fan-shaped condensed light flux that extends along the longitudinal direction X is used in the longitudinal direction X. The desired light distribution characteristic can be easily obtained in the depression direction along the line.
また、本実施の形態では、メインレンズの部分レンズとして、集光光束のうち斜め下方向へ照射される光を屈折させて、照明領域の遠端領域へ出射する凸レンズを用いるようにしたので、凸レンズという比較的簡素な構成のレンズにより、遠端領域の照度不足を、照度が十分な中間領域へ出射されていた光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないLED素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。 Further, in the present embodiment, as the partial lens of the main lens, a convex lens that refracts the light irradiated obliquely downward in the condensed light flux and emits it to the far end region of the illumination region is used. A lens having a relatively simple configuration called a convex lens can compensate for a shortage of illuminance in the far end region with a part of light emitted to an intermediate region with sufficient illuminance. For this reason, even if it is an LED element with little light quantity compared with a lamp | ramp, an illumination area | region can be illuminated efficiently and equally.
また、本実施の形態では、メインレンズの部分レンズとして、集光光束のうち照明領域より遠方へ照射される光を屈折させて、照明領域の遠端領域へ出射する凸レンズを用いるようにしたので、凸レンズという比較的簡素な構成のレンズより、遠端領域の照度不足を、照明領域より遠方方向へ出射されていた無駄な光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないLED素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。また、遠方方向へ出射される光が低減されるため、道路照明の場合には走行車両のドライバーが感じる眩しさを抑制できる。 In the present embodiment, as a partial lens of the main lens, a convex lens that refracts light emitted farther from the illumination area of the condensed light flux and emits it to the far end area of the illumination area is used. The lens having a relatively simple configuration called a convex lens can compensate for insufficient illuminance in the far end region with a part of wasted light emitted in the far direction from the illumination region. For this reason, even if it is an LED element with little light quantity compared with a lamp | ramp, an illumination area | region can be illuminated efficiently and equally. Moreover, since the light emitted in the far direction is reduced, the glare felt by the driver of the traveling vehicle can be suppressed in the case of road lighting.
また、本実施の形態では、メインレンズの部分レンズとして、照明領域の遠端領域の方向に光軸を有する凸レンズを用いるようにしたので、凸レンズという比較的簡素な構成のレンズにより、遠端領域の照度不足を、照度が十分な中間領域へ出射されていた光の一部、および照明領域より遠方方向へ出射されていた無駄な光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないLED素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。また、遠方方向へ出射される光が低減されるため、道路照明の場合には走行車両のドライバーが感じる眩しさを抑制できる。 In the present embodiment, a convex lens having an optical axis in the direction of the far end region of the illumination region is used as a partial lens of the main lens. The shortage of illuminance can be compensated by a part of the light emitted to the intermediate region with sufficient illuminance and a part of the wasted light emitted farther from the illumination region. For this reason, even if it is an LED element with little light quantity compared with a lamp | ramp, an illumination area | region can be illuminated efficiently and equally. Moreover, since the light emitted in the far direction is reduced, the glare felt by the driver of the traveling vehicle can be suppressed in the case of road lighting.
また、本実施の形態では、メインレンズの部分レンズとして、集光光束のうち中央領域へ照射される光を拡散させて、照明領域のうち当該中央領域へ出射する凹レンズを用いるようにしたので、凹レンズという比較的簡素な構成のレンズより、遠端領域の照度不足を、照度が過剰な中央領域へ出射されていた光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないLED素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。 In the present embodiment, as the partial lens of the main lens, the concave lens that diffuses the light irradiated to the central region of the condensed light flux and emits the light to the central region of the illumination region is used. The lens having a relatively simple configuration called a concave lens can compensate for the lack of illuminance in the far end region with a part of the light emitted to the central region where the illuminance is excessive. For this reason, even if it is an LED element with little light quantity compared with a lamp | ramp, an illumination area | region can be illuminated efficiently and equally.
また、本実施の形態では、メインレンズの部分レンズとして、集光光束のうち照明領域より遠方へ向けて出射された光の一部を遠端領域へ向けて出射する凸レンズを用いるようにしたので、凹レンズという比較的簡素な構成のレンズより、遠端領域の照度不足を、照度が過剰な中央領域へ出射されていた光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないLED素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。 Further, in the present embodiment, as the partial lens of the main lens, a convex lens that emits part of the light emitted toward the far end from the illumination area of the condensed light flux is used toward the far end area. The lens having a relatively simple configuration called a concave lens can compensate for the lack of illuminance in the far end region with a part of the light emitted to the central region where the illuminance is excessive. For this reason, even if it is an LED element with little light quantity compared with a lamp | ramp, an illumination area | region can be illuminated efficiently and equally.
また、本実施の形態では、メインレンズが、幅方向Yに伸びかつ下方に湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分において底部から底部と端部の間の中間部に向けて厚さが徐々に厚くなるよう形成されているため、遠端領域の照度不足を、照度が十分な中間領域へ出射されていた光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないLED素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。 Further, in the present embodiment, the main lens has a hook shape that extends in the width direction Y and curves downward, and the thickness gradually increases from the bottom portion toward the middle portion between the bottom portion and the end portion in the curved portion. Since it is formed so as to be thick, the shortage of illuminance in the far end region can be compensated by a part of the light emitted to the intermediate region with sufficient illuminance. For this reason, even if it is an LED element with little light quantity compared with a lamp | ramp, an illumination area | region can be illuminated efficiently and equally.
また、本実施の形態では、メインレンズが、幅方向Yに伸びかつ下方に湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分において端部から端部と底部の間の中間部に向けて厚さが徐々に厚くなるよう形成されているため、遠端領域の照度不足を、照明領域より遠方方向へ出射されていた無駄な光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないLED素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。 Further, in the present embodiment, the main lens has a hook shape that extends in the width direction Y and curves downward, and the thickness gradually increases from the end portion toward the intermediate portion between the end portion and the bottom portion in the curved portion. Therefore, the shortage of illuminance in the far end region can be compensated with a part of useless light emitted in the far direction from the illumination region. For this reason, even if it is an LED element with little light quantity compared with a lamp | ramp, an illumination area | region can be illuminated efficiently and equally.
また、本実施の形態では、メインレンズが、幅方向Yに伸びかつ下方に湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分において端部と底部の間の中間部から底部に向けて厚さが徐々に薄くなるよう形成されているため、遠端領域の照度不足を、遠端領域の照度不足を、照度が過剰な中央領域へ出射されていた光の一部で補うことができる。このため、ランプに比べて光量が少ないLED素子であっても、照明領域を効率よく均等に照明することができる。 Further, in the present embodiment, the main lens has a hook shape that extends in the width direction Y and curves downward, and the thickness gradually increases from the intermediate portion between the end portion and the bottom portion toward the bottom portion in the curved portion. Since it is formed so as to be thin, it is possible to compensate for the shortage of illuminance in the far end region and the shortage of illuminance in the far end region with a part of the light emitted to the central region where the illuminance is excessive. For this reason, even if it is an LED element with little light quantity compared with a lamp | ramp, an illumination area | region can be illuminated efficiently and equally.
また、本実施の形態では、幅方向Yに並列配置された光源ユニットを複数備えるとともに、これら光源ユニットごとにサブレンズを備え、メインレンズにより、これらサブレンズで集光された個々の集光光束を長手方向Xに沿った任意の俯角で屈折させて拡散するようにしたので、複数の光源ユニットでメインレンズを共用でき、製品・製造コストを削減できるとともに、各光源ユニットでばらつきのない配光特性を容易に実現することが可能となる。なお、1つの光源ユニットにより十分な光量が得られる場合、光源ユニットおよびサブレンズをメインレンズに対して1組だけ設けた構成でも、前述と同様の作用効果が得られる。 In the present embodiment, a plurality of light source units arranged in parallel in the width direction Y are provided, a sub lens is provided for each light source unit, and individual condensed light beams collected by these sub lenses by the main lens. Is refracted and diffused at an arbitrary depression angle along the longitudinal direction X, so that the main lens can be shared by multiple light source units, reducing product and manufacturing costs, and providing a uniform light distribution in each light source unit The characteristics can be easily realized. When a sufficient amount of light can be obtained with one light source unit, the same effect as described above can be obtained even with a configuration in which only one set of the light source unit and the sub lens is provided for the main lens.
[実施の形態の拡張]
以上では、メインレンズ3が複数の部分レンズ31R,32R,33R,33L,32L,31L、あるいは部分レンズ34R,33,34Lから構成されている場合を例として説明したが、部分レンズの構成については、これに限定されるものではなく、例えばメインレンズ3のうち特定の角度領域にのみ部分レンズを形成してもよい。
[Extended embodiment]
In the above, the case where the
例えば、図8のうち角度領域θ1にのみ部分レンズ31R,31Lを形成し、角度領域θ2,θ3については、左右の角度方向θAにおける厚さで湾曲部分を形成してもよい。これにより、部分レンズ31R,31Lによる作用のみを利用して、遠端領域8Aの照度を補うことができる。
また、図8のうち角度領域θ3にのみ部分レンズ33R,33L、すなわち部分レンズ33を形成し、角度領域θ1,θ2については、左右の角度方向θBにおける厚さで湾曲部分を形成してもよい。これにより、部分レンズ33による作用のみを利用して、中間領域8Bさらには遠端領域8Aの照度を補うことができる。
For example, the
Further, in FIG. 8, the
また、図8のうち角度領域θ2にのみ部分レンズ32R,32Lを形成し、角度領域θ1については、左右の角度方向θAにおける厚さで湾曲部分を形成し、角度領域θ3については、左右の角度方向θBにおける厚さで湾曲部分を形成してもよい。これにより、部分レンズ32R,32Lによる作用のみを利用して、遠端領域8Aの照度を補うことができる。
Further, in FIG. 8, the
また、これら部分レンズ31R,32R,33R,33L,32L,31Lのいずれかを任意に組合せて形成してもよい。例えば、角度領域θ1,θ2については、部分レンズ31R,32R,32L,31L、すなわち部分レンズ34R,34Lを形成し、角度領域θ3については、左右の角度方向θBにおける厚さで湾曲部分を形成してもよい。これにより、部分レンズ34R,34Lによる作用のみを利用して、遠端領域8Aの照度を補うことができる。
Further, any of these
また、これら部分レンズは、真下方向θCを中心として左右対称に形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、左右非対称で上記部分レンズを形成してもよい。また、部分レンズ31R,32R,33Rと部分レンズ31L,32L,33Lは、真下方向θCを中心としてそれぞれ左右対称な配光特性を有することを前提として説明したが、これに限定されるものではなく、それぞれ左右非対称な配光特性を有する部分レンズを形成してもよい。
In addition, although the case where these partial lenses are formed symmetrically about the direct downward direction θC has been described, the present invention is not limited to this, and the partial lenses may be formed asymmetrically. In addition, the
1…光源ユニット、11…基板、12…底面、13…発光部、14…LED素子、15…発光中心点、2…サブレンズ、21…レンズ部、22…連結部、23…光中心位置、3…メインレンズ、31…レンズ部、3A…端部、3B…底部、31R,31L,32R,32L,33R,33L…部分レンズ、33…部分レンズ(凹レンズ)、34R,34L…部分レンズ(凸レンズ)、41R,41L,42R,42L,43R,43L…光(屈折前)、51R,51L,52R,52L,53R,53L……光(屈折後)、8…照明領域、8A…遠端領域、8B…中間領域、8C…中央領域、P…光中心位置、Q…光軸、X…長手方向、Y…幅方向、Z…下方向、θ1,θ2,θ3…角度領域、θA…角度方向(遠端領域方向)、θB…角度方向(中間領域方向)、θC…真下方向(中央領域方向)。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記照明領域の長手方向に並ぶ複数のLED素子を有し、前記照明領域に向けて前記LED素子からの拡散光束を出射する複数の光源ユニットと、
前記光源ユニットごとに設けられて、当該光源ユニットからの前記拡散光束を前記照明領域の幅方向について照明領域幅に応じた角度領域に集光することにより、前記長手方向に拡がる扇形の集光光束を出射する複数のサブレンズと、
前記サブレンズで集光された前記集光光束を全体として前記照明領域へ向けて出射するとともに、その一部を前記長手方向に沿って前記照明領域内の遠端領域の方向へ屈折させて出射するメインレンズとを備え、
前記光源ユニットおよび前記サブレンズからなる複数の組が、前記メインレンズに対向して前記幅方向に並列配置されている
ことを特徴とする照明光学系。 An illumination optical system for illuminating an illumination area extending at a predetermined width with a diffused light beam from a light source composed of an LED element,
A plurality of light source units having a plurality of LED elements arranged in the longitudinal direction of the illumination area, and emitting a diffused light beam from the LED elements toward the illumination area;
It is provided for each light source unit, by condensing the diffused light beam at an angle region corresponding to the illumination region width in the width direction of the illumination area from the light source unit, the condensing light beam sector extending in the longitudinal direction A plurality of sub-lenses that emit light,
Exit the while emitted toward a sub lens to the illumination area as a whole the converging light flux is condensed, its in part is refracted in the direction of the distal end region of the illumination area along the longitudinal direction and a main lens,
An illumination optical system , wherein a plurality of sets of the light source unit and the sub lens are arranged in parallel in the width direction so as to face the main lens .
前記メインレンズは、前記幅方向に伸延するとともに前記長手方向に沿って湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分の底部と端部との間に、集光光束のうち入射された光を屈折させて照明領域へ出射する1つ以上の部分レンズが形成されていることを特徴とする照明光学系。 The illumination optical system according to claim 1,
The main lens has a hook shape extending in the width direction and curved along the longitudinal direction, and refracts incident light of the condensed light flux between the bottom and end of the curved portion. One or more partial lenses that exit to the illumination area are formed.
前記メインレンズは、前記部分レンズとして、照明領域の遠端領域の方向に光軸を有する凸レンズを有することを特徴とする照明光学系。 The illumination optical system according to claim 2,
The main lens has a convex lens having an optical axis in the direction of the far end region of the illumination region as the partial lens.
前記メインレンズは、前記部分レンズとして、照明領域の中央領域の方向に光軸を有する凹レンズを有することを特徴とする照明光学系。 The illumination optical system according to claim 2,
The illumination optical system according to claim 1, wherein the main lens includes a concave lens having an optical axis in a direction of a central area of the illumination area as the partial lens.
前記メインレンズは、前記部分レンズとして、集光光束のうち照明領域の中央領域と遠端領域との間の中間領域へ向けて出射された光の一部を遠端領域へ向けて出射する凸レンズを有することを特徴とする照明光学系。 The illumination optical system according to claim 2,
The main lens, as the partial lens, is a convex lens that emits a part of the light emitted toward the intermediate region between the central region and the far end region of the illumination region toward the far end region. An illumination optical system comprising:
前記メインレンズは、前記部分レンズとして、集光光束のうち照明領域より遠方へ向けて出射された光の一部を遠端領域へ向けて出射する凸レンズを有することを特徴とする照明光学系。 The illumination optical system according to claim 2,
The illumination optical system according to claim 1, wherein the main lens has a convex lens that emits a part of the light emitted toward the far side from the illumination region of the condensed light beam toward the far end region as the partial lens.
前記メインレンズは、前記部分レンズとして、集光光束のうち照明領域の中央領域へ向けて照射された光の一部を、中央領域と遠端領域の間の中間領域、または遠端領域へ向けて出射する凹レンズを有することを特徴とする照明光学系。 The illumination optical system according to claim 2,
The main lens, as the partial lens, directs part of the light emitted toward the central region of the illumination region of the condensed light flux toward the intermediate region between the central region and the far end region, or the far end region. An illumination optical system having a concave lens that emits light.
前記メインレンズは、前記幅方向に伸延するとともに前記長手方向に沿って湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分においてその底部から当該底部と端部の間の中間部に向けて厚さが徐々に厚くなるよう形成されていることを特徴とする照明光学系。 The illumination optical system according to claim 1,
The main lens has a saddle shape that extends in the width direction and curves along the longitudinal direction, and the thickness gradually increases from the bottom of the curved portion toward an intermediate portion between the bottom and the end. An illumination optical system characterized by being formed to be thick.
前記メインレンズは、前記幅方向に伸延するとともに前記長手方向に沿って湾曲する樋形状をなし、当該湾曲部分においてその端部から当該端部と底部の間の中間部に向けて厚さが徐々に厚くなるよう形成されていることを特徴とする照明光学系。 The illumination optical system according to claim 1,
The main lens has a saddle shape that extends in the width direction and curves along the longitudinal direction, and the thickness gradually increases from the end of the curved portion toward the intermediate portion between the end and the bottom. An illumination optical system characterized in that the illumination optical system is formed to be thick.
前記メインレンズは、前記幅方向に並列配置された複数のサブレンズにわたって前記幅方向に伸遠し、これらサブレンズからの個々の集光光束を一括して前記照明領域へ向けて出射するとともに、それぞれの一部を前記長手方向に沿って前記照明領域内の遠端領域の方向へ屈折させて出射することを特徴とする照明光学系。 The illumination optical system according to claim 1,
The main lens extends in the width direction across a plurality of sub-lenses arranged in parallel in the width direction, and individually collects light fluxes from these sub-lenses and emits them toward the illumination area. An illumination optical system characterized in that a part of each is refracted in the direction of the far end region in the illumination region along the longitudinal direction and emitted.
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