JP5608048B2 - 照明用レンズ - Google Patents
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Description
照明用レンズ1は、全体として、後方に曲面を向けた鐘形状を呈し、鐘形の頂点部分を含む位置に、後方に向けて開口される開口部6を有する凹部7が形成されている。凹部7の内部の空間は、開口部6から前方に向かって凹み、後方から前方に向かって直径が小さくなる略円錐台を呈している。凹部7の底面8には、凸面が後方に向く集光レンズ面9が第1入射面として形成されている。また、凹部7の内側面10は光軸Xを囲むように配置され第2入射面として形成されている。つまり、入射面2は、集光レンズ面9および内側面10を有し、光源5から照射された光の一部は、集光レンズ面9から照明用レンズ1内に入射し、他の一部の光は、内側面10から照明用レンズ1内に入射する。
反射面3は、光軸X上に曲率中心を有すると共に変曲点を有しない曲線が光軸Xを中心に回転させられた回転体の面形状を呈し、照明用レンズ1の外側面を構成する。反射面3は、内側面10から照明用レンズ1内に入射した光を、出射面4に向けて全反射することができる面形状に構成されている。
出射面4は、第1出射面としての集光レンズ面11と、第2出射面として凹レンズ面12とを有する。集光レンズ面11は、光軸Xとの交差部を有し、前方に向けて凸面が形成される集光レンズ面である。凹レンズ面12は、集光レンズ面11の周囲に配置され、後方に向けて凹む凹面が形成される凹レンズ面である。集光レンズ面11は、前方から見たときに、出射面4の中心部側に配置される円形の領域を占める形状となっている。一方、凹レンズ面12は、前方から見たときに、集光レンズ面11を囲むように出射面4の外周側に配置され、円環状の帯領域を占める形状となっている。
照明用レンズ1は、光源5から照射された光を、図2、図3に示す光路で前方に向けて出射することができるように、入射面2、反射面3、出射面4等が構成されている。図2に示すように、光源5から照射され、凹部7内に進入した光の一部は、集光レンズ面9に入射し、他の光の一部は内側面10に入射する。集光レンズ面9に入射した光については、集光レンズ面11から前方に出射させられる。説明の便宜上、集光レンズ面9に入射し、集光レンズ面11から出射する光を第1照明光L1と記載することとする。集光レンズ面9および集光レンズ面11は共に凸レンズであり、第1照明光L1は、集光レンズ面9および集光レンズ面11により集光させられ、集光レンズ面11から略平行な光束の光として出射させられる。
次に、図4を参照しながら、照明用レンズ1に対する光源5の配置を前後に移動させたときの照明光の照度分布の変化について説明する。なお、図4に示すグラフの縦軸は照度を示し、横軸は光軸Xからの距離を示している。図4の上段(A)には、照明用レンズ1を用いた照明光学系の設計上の構成により得られる照度分布が示されている。つまり、図4の上段(A)の照度分布となるように、照明用レンズ1の構成、光源5と照明用レンズ1との間の距離、および照明用レンズ1と被照明面との間の距離等が設定されている。図4の中段(B)は、上段(A)に対応する光源5の位置よりも後方に光源5が配置されているときの該被照明面における照度分布を示す。また、図4の下段(C)は、上段(A)に対応する光源5の位置よりも前方に光源5が配置されているときの該被照明面における照度分布を示す。図4においては、第1照明光L1についての照度分布を照度分布S1、第2照明光L2についての照度分布を照度分布S2、第3照明光L3についての照度分布が照度分布S3として示され、各照明光が合成されたときの照度分布が照度分布S4として示されている。
上述のように、光源5から照射された光が入射し、この入射した光の配光を制御して出射する照明用レンズ1は、光源5から照射した光が照明用レンズ1内に入射する入射面2と、入射面2から照明用レンズ1内に入射した光の一部を照明方向に向けて反射する反射面3と、入射面2および反射面3からの光を照明方向に向けて出射する出射面4とを有している。そして、入射面2は、光源5が配置される側に光源5からの光が進入可能に形成される開口部6を有すると共に光源5が配置される方向に対して反対の方向に凹む凹部7の内面に形成される第1入射面としての集光レンズ面9と第2入射面としての内側面10とを有している。集光レンズ面9は、凹部7の底面8に配置され、光源5からの光を集光させるように光源5側に凸面を有する集光レンズ面である。また、内側面10は、光源5からの光を反射面3に向けて透過することができるように、凹部7に照明用レンズ1の光軸Xの周囲に形成されている。反射面3は、内側面10から照明用レンズ1内に入射した光を照明方向に向けて全反射させる全反射面である。出射面4は、光軸Xと交差する中心部を含む第1出射面としての集光レンズ面11と、この集光レンズ面11の周囲に配置され、集光レンズ面11に対して屈折力の符号が異なる第2出射面としての凹レンズ面12を有している。集光レンズ面9から入射した光は集光レンズ面11から出射され、反射面3で反射された光は、一部が凹レンズ面12から出射され、他の一部が集光レンズ面11から出射される。
図7から図9に、照明用レンズ1の変形例を示す。図7から図9において、照明用レンズ1に示す部材と同様の構成部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
2 … 入射面
3 … 反射面
4 … 出射面
5 … 光源
6 … 開口部
7 … 凹部
8 … 底面
9 … 集光レンズ面(第1入射面)
10 … 内側面(第2入射面)
11 … 集光レンズ面(第1出射面)
12 … 凹レンズ面(第2出射面)
X … 光軸
Claims (5)
- 光源から照射された光が入射し、この入射した光の配光を制御して出射する照明用レンズにおいて、
前記光源から照射された光が前記照明用レンズ内に入射する入射面と、
前記入射面から前記照明用レンズ内に入射した光の一部を照明方向に向けて反射する反射面と、
前記入射面および前記反射面からの光を照明方向に向けて出射する出射面と、
を有し、
前記入射面は、前記光源が配置される側に前記光源からの光が進入可能に形成される開口部を有すると共に前記光源が配置される方向に対して反対の方向に凹む凹部の内面に形成される第1入射面と第2入射面とを有し、
前記第1入射面は、前記凹部の底面に配置され、前記光源からの光を集光させるように前記光源側に凸面を有する集光レンズ面であり、
前記第2入射面は、前記光源からの光を前記反射面に向けて透過することができるように、前記凹部に前記照明用レンズの光軸の周囲に形成される内側面であり、
前記反射面は、前記第2入射面から前記照明用レンズ内に入射した光を前記照明方向に向けて全反射させる全反射面であり、
前記出射面は、前記光軸と交差する中心部を含む第1出射面と、この第1出射面の周囲に配置される第2出射面とを有し、
前記第2出射面における光の屈折力は0または前記第1出射面における光の屈折力と異なる符号の屈折力であり、
前記第1入射面から入射した光は前記第1出射面から出射され、
前記反射面で反射された光は、一部が前記第2出射面から出射され、他の一部が前記第1出射面から出射され、前記第2出射面から出射される一部の光と、前記第1出射面から出射される他の一部の光とは、前記光源が前記光軸に沿って移動したときに、前記一部の光の照度分布の変化を打ち消すように、前記他の一部の光の照度分布が変化する、
ことを特徴とする照明用レンズ。 - 請求項1に記載の照明用レンズにおいて、
前記第1入射面から入射し前記第1出射面から出射する光の光線量である第1光線量と、
前記反射面で反射され前記第2出射面から出射する光の光線量である第2光線量と、前記反射面で反射され前記第1出射面から出射する光の光線量である第3光線量との多少の関係が、第2光線量>第3光線量>第1光線量である、
ことを特徴とする照明用レンズ。 - 請求項2に記載の照明用レンズにおいて、
第3光線量が、第1光線量と第2光線量と第3光線量の総和の20%以上30%以下である、
ことを特徴とする照明用レンズ。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の照明用レンズにおいて、
前記第1出射面の中で、前記反射面で反射された光が出射する面は、この光に要求される照度分布に合わせた曲率に形成される、
ことを特徴とする照明用レンズ。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の照明用レンズにおいて、
前記第1出射面の直径は、前記第1入射面の直径よりも大きい、
ことを特徴とする照明用レンズ。
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