JP5848252B2 - 光源装置、光源レンズおよび照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、線状の光を放射する光源装置、このような光源装置に用いられる光源レンズおよび、このような光源装置を搭載する照明装置に関する。
発光ダイオードからの発散光を、発光面を包囲する光源レンズで配光制御することによって所定の照射範囲に放射する光源装置は特許文献1に記載されている。同文献の光源装置では、光源レンズは発光面の中心軸に対して回転対称に構成されており、発光ダイオードからの発散光は光源レンズによって中心軸と平行な光と、中心軸と直交する方向に集光する光に配光されている。また、光源レンズを透過することにより中心軸と直交する方向に集光された光は、光源レンズの外周側に配置された円環状の反射鏡によって中心軸と平行な方向に反射されている。
特開2004−281605号公報
特許文献1の光源装置によれば円形の照射範囲を得ることができるが、光源装置によって線状の照射範囲を得たい場合がある。
本発明の課題は、このような点に鑑みて、発散光を光源レンズで配光制御して照射範囲を線状とする光源装置を提案することにある。また、このような光源装置の光源レンズ、および、このような光源装置を搭載する照明装置を提案することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の光源装置は、
発散光を射出する発光面を備えた発光素子と、
前記発光素子の前記発光面を覆う光源レンズとを有し、
前記発光面の発光中心点を原点とし、前記原点で直交して前記発光面と同一平面上を延びる二軸をX軸およびY軸、前記原点から前記発光面の前方に垂直に延びる軸をZ軸とすると、
前記光源レンズは、Z軸方向の前方に位置する中央レンズ部分と、この中央レンズ部分におけるY軸方向の両端にそれぞれ形成された側方レンズ部分とを備え、
前記中央レンズ部分および前記側方レンズ部分のそれぞれは、Y軸を中心として同一断面形状を回転させることにより得られる回転体であり、
前記中央レンズ部分は、前記発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされており、
前記側方レンズ部分のそれぞれは、前記発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワーおよび前記発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされていることを特徴とする。
本発明によれば、光源からの発散光のうちY軸回りの回転体からなる中央レンズ部分を透過した透過光は、XZ平面に沿って、Y軸方向の幅が狭められた線状となる。一方、光源からの発散光のうち各側方レンズ部分を透過する光は、XY平面の方向並びにYZ平面の方向に屈折させられているので、中央レンズ部分の透過光とは重ならない方向に放射される。この結果、中央レンズ部分の透過光によって、線状の照射範囲を得ることができる。
本発明において、前記中央レンズ部分は、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光を発散状態のまま通過させるものとされており、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされており、前記側方レンズ部分のそれぞれは、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされており、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされている構成を採用することができる。このような構成であれば、中央レンズ部分および側方レンズ部分がY軸回りの回転体から形成されているので、中央レンズ部分のX軸を含む平面で切断した場合の断面形状を、発散光を屈折させることなくそのまま通過させるものとすることが容易となり、側方レンズ部分のX軸を含む平面で切断した場合の断面形状を、発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとすることが容易である。なお、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が発散光を発散状態のまま通過させるものとは、この断面形状が、発散光を屈折させることなくそのまま通過させるもの、或いは、発散光を集光を伴わずに通過させるものがある。
また、本発明において、前記中央レンズ部分は、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状がY軸と平行に直線状に延びており、当該中央レンズ部分の内側面または外側面が前記発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えるフルネルレンズ面とされており、前記側方レンズ部分のそれぞれは、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状がY軸と直交する方向に直線状に延びるものとなっており、各側方レンズ部分の内側面または外側面が前記発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワーおよび前記発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えるフルネルレンズ面とされている構成を採用することができる。このような構成によれば、フルネルレンズ面によって発散光を屈折させているので、光源レンズを比較的小さく構成することが可能となる。
本発明において、前記中央レンズ部分および前記側方レンズ部分のそれぞれは、XY平面からX軸のマイナス方向に向かって90°〜180°の角度範囲に渡って形成されているものとすることができる。
本発明において、前記中央レンズ部分は、当該中央レンズ部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、y成分のみを0に近づけるように作用するものとされていることが望ましい。
本発明において、前記側方レンズ部分は、当該側方レンズ部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、z成分とx成分を0に近づけるように作用するものとされていることが望ましい。
本発明において、前記中央レンズ部分および前記側方レンズ部分のそれぞれは、XY平面から90°の角度範囲に渡って形成されているものとすることができる。
この場合において、前記光源レンズは、前記中央レンズ部分におけるYZ平面上の端面に連続して形成した第2中央レンズ部分と、前記側方レンズ部分のそれぞれにおけるYZ平面上の端面に連続して形成した第2側方レンズ部分とを有しており、前記第2中央レンズ部分は、前記中央レンズ部分のYZ平面上の前記端面をX軸のマイナス方向に所定長さだけ平行移動することにより得られる平行移動体であり、前記第2側方レンズ部分は、前記側方レンズ部分のYZ平面上の前記端面をX軸のマイナス方向に所定長さだけ平行移動することにより得られる平行移動体であることが望ましい。このようにすれば、第2中央レンズ部分は、発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとなる。また、第2側方レンズ部分のそれぞれは、発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとなる。従って、光源からの発散光のうち第2中央レンズ部分の透過光は、XZ平面に沿って、Y軸方向の幅が狭められた線状となり、中央レンズ部分の透過光による照射範囲に連続する部分を照らす。また、光源からの発散光のうち第2側方レンズ部分を通過する光は、YZ平面よりもX軸のマイナス方向に向かって放射されており、XY平面の方向に屈折させられる。従って、第2側方レンズ部分の透過光は中央レンズ部分および第2中央レンズ部分の透過光とは重ならない方向に放射される。この結果、第2中央レンズ部分の透過光により、中央レンズ部分の透過光による線状の照射範囲に連続した線状の照射範囲を得ることができるので、照射範囲をより長く延ばすことができる。
本発明において、前記中央レンズ部分および前記側方レンズ部分のそれぞれは、XY平面から180°の角度範囲に渡って形成されているものとしてもよい。このようにすれば、線状の照射範囲がより長くなる。
次に、本発明の別の形態は、
発散光を射出する発光面を備えた発光素子と、
前記発光素子の前記発光面を覆う光源レンズとを有し、
前記発光面と同一平面上で当該発光面の発光中心点から外れている位置を原点とし、前記原点および前記発光点を通過して延びる軸をX軸、前記原点でX軸に直交して前記発光面と同一平面上を延びる軸をY軸、前記原点でX軸およびY軸と直交して前記発光面の前方に延びる軸をZ軸とすると、
前記光源レンズは、Z軸方向の前方に位置して前記発光面を前側から覆う中央レンズ部分と、この中央レンズ部分におけるY軸方向の両端にそれぞれ形成された側方レンズ部分とを備え、
前記中央レンズ部分および前記側方レンズ部分のそれぞれは、Y軸を中心として同一断面形状を回転させることにより得られる回転体であり、
前記中央レンズ部分は、前記発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされており、
前記側方レンズ部分のそれぞれは、前記発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワーおよび前記発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされていることを特徴とする。
本発明によれば、光源からの発散光のうち光源からの発散光のうちY軸回りの回転体からなる中央レンズ部分を透過した透過光は、XZ平面に沿って、Y軸方向の幅が狭められた線状となる。一方、光源からの発散光のうち各側方レンズ部分を透過する光は、XY平面の方向並びにYZ平面の方向に屈折させられているので、中央レンズ部分の透過光とは重ならない方向に放射される。この結果、中央レンズ部分の透過光によって、線状の照射範囲を得ることができる。
本発明において、前記中央レンズ部分は、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光を発散状態のまま通過させるものとされており、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされており、前記側方レンズ部分のそれぞれは、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされており、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされている構成を採用することができる。このような構成とすれば、中央レンズ部分および側方レンズ部分がY軸回りの回転体から形成されているので、中央レンズ部分のX軸を含む平面で切断した場合の断面形状を、発散光を屈折させることなくそのまま通過させるものとすることが容易となり、側方レンズ部分のX軸を含む平面で切断した場合の断面形状を、発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとすることが容易となる。なお、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状としては、この断面形状が、発散光を屈折させることなくそのまま通過させるもの、或いは、発散光を集光を伴わずに通過させるものがある。
本発明において、前記中央レンズ部分および前記側方レンズ部分のそれぞれは、XY平面からX軸のマイナス方向に向かって90°の角度範囲に渡って形成されているものとすることができる。
本発明において、前記発光面の外周縁の近傍で当該発光面から外れている位置を原点としていることが望ましい。このようにすれば、中央レンズ部分によって、発光素子の発光面をZ軸方向の前側から覆うことが容易となる。また、中央レンズ部分および側方レンズ部分によって発光素子の発光面の全面を覆うことができる。
本発明において、前記中央レンズ部分は、当該中央レンズ部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、y成分のみを0に近づけるように作用するものとすることが望ましい。
本発明において、前記側方レンズ部分は、当該側方レンズ部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、z成分とx成分を0に近づけるように作用するものとされていることが望ましい。
本発明において、前記光源レンズは、XZ平面に対して面対称の形状をしていることが望ましい。
本発明において、前記光源レンズのX軸のマイナス方向に隣接配置された第1反射鏡を有し、前記第1反射鏡は、YZ平面と平行で前記光源レンズの側を向いている第1反射面を備えていることが望ましい。このようにすれば、光源レンズの透過光のうち、X軸のマイナス方向に向う光をYZ平面の側に反射することができる。従って、照射範囲の光度を高めることができる。
本発明において、前記光源レンズのY軸方向の両側に隣接配置された第2反射鏡を有し、前記第2反射鏡のそれぞれは、前記光源レンズの側を向き、Z軸の前方に向かってXZ平面から離れる方向に傾斜している第2反射面を備えていることが望ましい。このようにすれば、第2反射面を側方レンズ部分の透過光、或いは、第2側方レンズ部分の透過光をXY平面の方向に反射できるので、これらの透過光を中央レンズ部分の透過光による線状の照射範囲に重ねること、或いは、その照射範囲に沿って照射することができる。ここで、光源からの発散光のうち各側方レンズ部分を透過する光は、XY平面の方向並びにYZ平面の方向に屈折させられている。また、光源からの発散光のうち第2側方レンズ部分を通過する光はYZ平面よりもX軸のマイナス方向に向かって放射されており、XY平面の方向に屈折させられている。従って、側方レンズ部分或いは第2側方レンズ部分を透過する光が屈折させられていない場合と比較して、これらの透過光を、X軸方向およびZ軸方向において小さな反射面で反射できる。
次に、本発明は、上記の光源装置の光源レンズとすることができる。
また、本発明の照明装置は、
上記の光源装置を備える光源モジュールを2つ搭載する光源ユニットを有し、
前記光源モジュールは、
基板と、
前記基板の表面に搭載されている前記発光素子と、
前記発光素子の発光面を覆う状態に前記基板の表面に搭載されている前記光源レンズと、
前記基板における前記光源レンズの隣接位置から前記発光面の前方に向けて所定の角度で延びている第1反射板と、
前記光源レンズに対して前記第1反射板が隣接する方向とは直交する方向の両側に配置され、前記基板から当該発光面の前方に向けて相互に離れる方向に斜めに延び、前記第1反射板に交差している一対の第2反射板とを備えており、
前記発光素子から射出される発散光は、前記光源レンズを介して前記基板の前方に放射される第1出射光、および、前記光源レンズを介して屈折させられた後に第2反射板で反射されて前記基板の前方に放射される第2出射光に配光され、前記第1出射光および前記第2出射光によって前記基板と前記第1反射板のなす角度で広がる一定幅の照明光を形成するようになっており、
前記光源ユニットは、2つの前記光源モジュールの前記基板が平行あるいは鋭角をなす状態で背中合わせに配置され、一方の前記光源モジュールの前記基板から他方の前記光源モジュールの前記基板までの間の角度で広がる一定幅の線状照明光を形成するようになっていることを特徴とする。
本発明によれば、光源装置を搭載している各光源モジュールは、発光素子からの発散光を光源レンズおよび反射板を用いて配光しており、光源モジュールからは発光素子が搭載されている基板と第1反射板のなす角度で広がる一定幅の照明光が出射される。また、光源ユニットでは、2つの光源モジュールのそれぞれに搭載されている発光素子が互いに基板を挟んで反対側を向くように配置されており、これにより、光源ユニットは一方の光源モジュールの基板から他方の光源モジュールの基板までの間の角度で広がる一定幅の線状照明光を形成するようになっている。従って、照明装置からの照明光を長くすることができる。よって、線状の照射範囲を少数の光源モジュールによって形成することができる。また、発光素子からの発散光を光源レンズおよび第1、第2反射板を用いて配光しているので、反射板のみを用いて配光する場合と比較して、光源モジュールにより形成される照明光を一定幅の線状にすることが容易となる。
本発明の光源装置によれば、光源からの発散光のうち中央レンズ部分を透過した透過光は、XZ平面に沿って、Y軸方向の幅が狭められた線状となる。一方、光源からの発散光のうち各側方レンズ部分を透過する光は、XY平面の方向並びにYZ平面の方向に屈折させられているので、中央レンズ部分の透過光とは重ならない方向に放射される。この結果、中央レンズ部分の透過光によって、線状の照射範囲を得ることができる。また、本発明の照明装置によれば、光源ユニットは一方の光源モジュールの基板から他方の光源モジュールの基板までの間の角度で広がる一定幅の線状照明光を形成することができる。
本発明を適用した光源装置の外観斜視図である。 光源装置を説明するための平面図および断面図である。 発光素子の配光特性を示す扇グラフおよび等高線グラフである。 光源レンズを説明するための断面図である。 光源装置の配光特性を示す扇グラフおよび等高線グラフである。 第2の発光素子の配光特性を示す扇グラフおよび等高線グラフである。 実施例1の変形例1の光源装置の配光特性を示すグラフである。 第3の発光素子の配光特性を示す扇グラフおよび等高線グラフである。 実施例1の変形例2の光源装置の配光特性を示すグラフである。 実施例2の光源装置を説明するための平面図および断面図である。 実施例2の光源装置の配光特性を示す扇グラフおよび等高線グラフである。 実施例3の光源装置を説明するための平面図および断面図である。 実施例3の光源装置の配光特性を示す扇グラフおよび等高線グラフである。 実施例4の光源装置の外観斜視図である。 実施例4の光源装置の平面図および側面図である。 実施例4の光源装置のXZ平面の断面図およびYZ平面の断面図である。 実施例4のフルネルレンズ面を説明するための部分断面図である。 実施例4の光源装置の配光特性を示す扇グラフおよび等高線グラフである。 実施例4の光源レンズと実施例1の光源レンズの大きさの説明図である。 実施例4の変形例1の光源装置の配光特性を示すグラフである。 実施例4の変形例2の光源装置の配光特性を示すグラフである。 実施例4の変形例3の光源装置の平面図およびYZ平面の断面図である。 実施例4の変形例3のフルネルレンズ面を説明するための部分断面図である。 実施例4の変形例3の光源装置の配光特性を示すグラフである。 実施例5の光源装置の平面図および側面図である。 実施例5の光源装置の配光特性を示す扇グラフおよび等高線グラフである。 本発明を適用した照明装置の概観斜視図である。 照明装置本体を説明するための斜視図および断面図である。 光源ユニットを説明するための斜視図および断面図である。
以下に図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。
[実施例1]
(全体構成)
図1は本例の光源装置の概観斜視図である。図2(a)は光源装置の平面図であり、図2(b)は光源装置をXZ平面で切断した断面図であり、図2(c)は光源装置をYZ平面で切断した断面図である。光源装置1は、基板2と、この基板2に形成された配線パターンに接続された発光素子3を備えている。基板2の表面には発光素子3の発光面3aを覆うように光源レンズ4が固定されており、発光素子3は光源レンズ4の内側に収納されている。なお、本例では、発光面3aの発光中心点Pを原点Oとし、原点Oで直交して発光面3aと同一平面上を延びる二軸をX軸およびY軸、原点Oから発光面3aの前方に垂直に延びる軸をZ軸として説明する。また、X軸方向の一方をプラス方向、他方をマイナス方向として説明する。
光源レンズ4のZ軸方向の側およびX軸のプラス方向の側は開放状態とされている。光源レンズ4のX軸のマイナス方向には第1反射鏡5が隣接配置されている。光源レンズ4のY軸方向の両側には一対の第2反射鏡6が隣接配置されている。
(発光素子)
光源として用いた発光素子3は、青色の発散光を放射する発光素子(青色発光ダイオード)を蛍光体により励起させ、黄色と青色の混合色による疑似白色の発散光を放射するものであり、発散光には青色の波長ピークと黄色の波長ピークが存在する。
図3(a)は発光素子3の配光特性を天頂角度と方位角度相対値で示す扇グラフであり、図3(b)は発光素子3の配光特性を方位角度と天頂角度相対値で示す等高線グラフである。本例において、光源として用いた発光素子3は発散光を放射する発光ダイオードであり、図3に示すように、その配光はランバート分布を示している。
(光源レンズ)
図4(a)は光源レンズ4をY軸方向から見た側面図であり、図4(b)はYZ平面で切断した光源レンズ4の断面図である。光源レンズ4は、エポキシ樹脂やポリカーボネート樹脂などの光透過性樹脂を射出成形することによって形成されている。図1、図2(a)に示すように、光源レンズ4は、YZ平面よりもX軸のプラス側に位置する第1部位11と、YZ平面よりもX軸のマイナス側に位置する第2部位12を備えている。第1部位11は発光素子3からの発散光のうちYZ平面よりもX軸のプラス側を通過する光を配光制御し、第2部位12は発光素子3からの発散光のうちYZ平面よりもX軸のマイナス側を通過する光を配光制御する。
第1部位11は、発光面3aのZ軸方向の前方に位置する第1中央レンズ部分(中央レンズ部分)13と、Y軸方向において第1中央レンズ部分13の両端に形成されている一対の第1側方レンズ部分(側方レンズ部分)14を備えている。第2部位12は、第1中央レンズ部分13のX軸のマイナス方向の端に形成されている第2中央レンズ部分15と、各第1側方レンズ部分14のX軸のマイナス方向の端に形成されている一対の第2側方レンズ部分16を備えている。
第1中央レンズ部分13は、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が、図2(b)に示すように、発光素子3からの発散光を屈折させることなくそのまま通過させるものとされている。また、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が、図2(c)に示すように、発光素子3からの発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされている。言い換えると、第1中央レンズ部分13は、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、y成分のみを0に近づけるように作用する。
第1側方レンズ部分14のそれぞれは、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が、発光素子3からの発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされている。また、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が、図2(c)に示すように、発光素子3からの発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされている。言い換えると、第1側方レンズ部分14のそれぞれは、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、z成分とx成分を0に近づけるように作用する。
第1中央レンズ部分13および一対の第1側方レンズ部分14は、Y軸を中心として、図4(b)に示す断面形状(同一断面形状)20aを回転させることにより得られる回転体20であり、図4(a)の矢印に示すように、XY平面からX軸のマイナス方向に向かって90°の角度範囲に渡って形成されている。
ここで、断面形状20aは、図4(b)に示すYZ平面上では、Z軸に対して対称であり、Z軸と交差してZ軸の前方に突出する第1円弧部分21と、第1円弧部分21の両端からそれぞれY軸方向に突出する一対の第2円弧部分22を備えている。第1円弧部分21を規定している円の中心21aは、Z軸上において発光面3aから前方に離れた位置にある。また、一対の第2円弧部分22をそれぞれ規定している円の中心22aは、Y軸上において、発光面3aから外側に離れた位置にある。図1、図2に示すように、第1円弧部分21によって第1中央レンズ部分13の外側面13aの形状が規定されており、一対の第2円弧部分22によって一対の第1側方レンズ部分14の外側面14aの形状が規定されている。
一対の第2円弧部分22のZ軸方向の後端の間は、図4(b)に示すように、一方の第2円弧部分22の後端からY軸上を延びる第1直線部分23と、第1直線部分23の端からZ軸方向を前方に延びる第2直線部分24と、第2直線部分24の端からY軸方向に延びる第3直線部分25と、第3直線部分25の端からZ軸方向を後方に延びる第4直線部分26と、第4直線部分26の端から他方の第2円弧部分22の後端までY軸上を延びる第5直線部分27によって連続させられている。第3直線部分25の寸法は、第1円弧部分21のY軸方向の寸法と同一となっている。第2直線部分24、第3直線部分25および第4直線部分26によって、第1中央レンズ部分13および第1側方レンズ部分14の内側に形成されている第1凹部28の形状が規定されている。
次に、第2中央レンズ部分15および一対の第2側方レンズ部分16は、第1中央レンズ部分13および第1側方レンズ部分14のYZ平面上の端面、すなわち、図4(b)に示す断面形状20aを備えている端面を、X軸のマイナス方向に所定長さだけ平行移動することにより得られる平行移動体となっている。より詳細には、断面形状20aの第1円弧部分21によって第2中央レンズ部分15の外側面15aの形状が規定されており、第2円弧部分22によって第2側方レンズ部分16の外側面16aの形状が規定されている。また、第2直線部分24、第3直線部分25および第4直線部分26によって、第2中央レンズ部分15および第2側方レンズ部分16の内側に形成されている第2凹部29の形状が規定されている。
これにより、第2中央レンズ部分15は、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が、図2(b)に示すように、発光素子3からの発散光を発散状態のままで通過させるものとなっており、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状は、発光素子3からの発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとなっている。言い換えると、第2中央レンズ部分15は、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、y成分のみを0に近づけるように作用する。
また、一対の第2側方レンズ部分16は、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が、発光素子3からの発散光を発散状態のままで通過させるものとなっており、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状は、図2(c)に示す第1側方レンズ部分14と同様に、発光素子3からの発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとなっている。言い換えると、第2側方レンズ部分16は、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、z成分のみを0に近づけるように作用する。
なお、発光素子3は、第1凹部28および第2凹部29によって基板2上に形成された空間内に収納されており、光源レンズ4は発光素子3の発光面3aをZ軸方向の前方から覆っている。より詳細には、第1部位11が発光面3aのX軸のプラス側をZ軸方向の前方から覆っており、第2部位12が発光面3aのX軸のマイナス側をZ軸方向の前方から覆っている。
本例では、発光素子3から放射されてYZ平面からX軸のプラス側を通過する発散光のうち、XZ平面に対しておよそ0°から45°の方向に放射された光が第1中央レンズ部分13を透過する。第1中央レンズ部分13を通過する光は、図2(c)に示すように、XZ平面の方向に屈折させられ、その透過光はXZ平面に平行な方向に放射される。
また、発光素子3から放射されてYZ平面からX軸のプラス側を通過する発散光のうち、XZ平面に対しておよそ45°から90°の方向に放射された光が第1側方レンズ部分14を通過する。第1側方レンズ部分14を通過する光は、YZ平面の方向並びにXY平面の方向に屈折させられ、その透過光はYZ平面並びにXY平面に平行な方向に放射される。
さらに、発光素子3から放射されて、YZ平面よりもX軸のマイナス側を通過する発散光のうちZ軸に対しておよそ0°から45°の方向に放射された光が、一部を除いて、直接、第2中央レンズ部分15を透過する。直接第2中央レンズ部分15を通過する光はXZ平面の方向に屈折させられ、その透過光はXZ平面に平行な方向に放射される。
また、発光素子3から放射されてYZ平面よりもX軸のマイナス側に向う発散光のうち、Z軸に対しておよそ45°から90°の方向に放射された光が、一部を除いて、直接、第2側方レンズ部分16を通過する。第2側方レンズ部分16を通過する光は、X軸のマイナス方向に向うとともに、XY平面の方向に屈折させられ、その透過光はXY平面に平行な方向に放射される。
なお、発光素子3から放射されて、YZ平面よりもX軸のマイナス側に向う発散光のうち、第2中央レンズ部分15または第2側方レンズ部分16に直接達しない一部の光は、第1反射鏡5によってYZ平面の側に向かって反射され、しかる後に、光源レンズ4を透過する。
ここで、上記光源レンズは、光源の2波長のピークの中心波長を用いて設計されるものである。また、単一波長の光源の場合には当該波長により、複数波長の光源の場合は中心波長で設計されるものである。
(反射鏡)
第1反射鏡5は、YZ平面と平行で光源レンズ4の側を向いている第1反射面5aを備えている。第1反射面5aは、図2(b)に示すように、X軸のマイナス方向に向う第2中央レンズ部分15の透過光を、YZ平面の方向に反射する。本例では、第1反射鏡5のZ軸方向の寸法は、光源レンズ4のZ軸方向の高さ寸法の2倍以上となっている。
一対の第2反射鏡6のそれぞれは、図2(c)に示すように、光源レンズ4の側を向き、Z軸の前方に向かってXZ平面から離れる方向に傾斜している第2反射面6aを備えている。本例では、第2反射面6aは発光素子3の発光面3aに対して45°傾斜している。第2反射面6aは、第1側方レンズ部分14の透過光および第2側方レンズ部分16の透過光を、XZ平面の方向に反射する。
ここで、第1側方レンズ部分14を通過する光は、XY平面の方向、並びに、YZ平面の方向に屈折させられている。また、第2側方レンズ部分16を通過する光はYZ平面よりもX軸のマイナス方向に向かって放射されており、XY平面の方向に屈折させられている。従って、第1側方レンズ部分14を通過する光、および、第2側方レンズ部分16を通過する光が屈折させられていない場合と比較して、これらの透過光を、X軸方向およびZ軸方向において、小さな反射鏡で反射できる。本例では、一対の第2反射鏡6のZ軸方向の前端は、光源レンズ4のZ軸方向の前端よりも僅かに上方に位置している。
(配光特性)
図5(a)は光源装置1の配光特性を天頂角度と方位角度相対値で示す扇グラフであり、図5(b)は光源装置1の配光特性を方位角度と天頂角度相対値で示す等高線グラフである。本例によれば、発光素子3からの発散光のうち第1中央レンズ部分13および第2中央レンズ部分15を透過した透過光は、XZ平面に沿って、Y軸方向の幅が狭められた線状となる。
また、本例によれば、発光素子3からの発散光のうち、第1側方レンズ部分14を透過する光は、XY平面並びにYZ平面と平行な方向に屈折させられており、第2側方レンズ部分16を通過する光はYZ平面よりもX軸のマイナス方向に向かって放射されて、XY平面の方向に屈折させられている。この結果、第1側方レンズ部分14の透過光および第2側方レンズ部分16の透過光は第1中央レンズ部分13および第2中央レンズ部分15の透過光とは重ならない方向に放射されているが、これらの透過光は、第2反射鏡6によってZ軸を含むXZ平面に平行な方向に反射させられている。
以上のような配光制御の結果、光源装置1によれば、図5に示すように、方位角度270°の側に線状の照射範囲を得ることができる。
本例では、光源レンズ4が第1中央レンズ部分13のX軸のマイナス方向に連続する第2中央レンズ部分15を備えているので、光源装置1による線状の照射範囲が長い。
また、本例では、光源レンズ4のX軸のマイナス方向に配置された第1反射鏡5によって、X軸のマイナス方向に向う第2中央レンズ部分15の透過光をYZ平面側に反射するので、照射範囲の光度が高まる。
(実施例1の変形例1)
発光素子として、上記の発光素子3に替えて、第2の発光素子7を用いた実施例1の変形例1の光源装置を説明する。なお、本例の光源装置は、発光素子3を除いて上記の実施例1と同一の構成を備えているので、その構成の説明は省略する。
図6(a)は第2の発光素子7の配光特性を天頂角度と方位角度相対値で示す扇グラフであり、図6(b)は第2の発光素子7の配光特性を方位角度と天頂角度相対値で示す等高線グラフである。第2の発光素子7は、環状に強い光を射出する発光ダイオードである。
図7(a)は本例の光源装置の配光特性を天頂角度と方位角度相対値で示す扇グラフであり、図7(b)は本例の光源装置の配光特性を方位角度と天頂角度相対値で示す等高線グラフである。本例の光源装置においても、Y軸方向の射出角度が狭まっており、方位角度270°の側に線状の照射範囲が形成される。なお、本例の光源装置では、天頂角度40°、方位角度270°の側に強いスポット光が発生する。
(実施例1の変形例2)
発光素子として、上記の発光素子3に替えて、第3の発光素子8を用いた実施例1の変形例2の光源装置を説明する。なお、本例の光源装置は、発光素子3を除いて上記の実施例1と同一の構成を備えているので、その構成の説明は省略する。
図8(a)は第3の発光素子8の配光特性を天頂角度と方位角度相対値で示す扇グラフであり、図8(b)は第3の発光素子8の配光特性を方位角度と天頂角度相対値で示す等高線グラフである。第3の発光素子8は、所謂、高輝度タイプの発光ダイオードである。
図9(a)は本例の光源装置の配光特性を天頂角度と方位角度相対値で示す扇グラフであり、図9(b)は本例の光源装置の配光特性を方位角度と天頂角度相対値で示す等高線グラフである。本例の光源装置においても、Y軸方向の射出角度が狭まっており、方位角度270°の側に線状の照射範囲が形成される。なお、本例の光源装置では、天頂角度90°、方位角度270°の側にスポット光が発生する。
以上の説明では、もっとも理想的な光源レンズ4について記述したが、別目的のためにこの光源レンズ4の形状をアレンジすることも可能である。
ここで、第1中央レンズ部分13は、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、主にy成分を0に近づけるような形状であればよく、必ずしもx成分・z成分をそのまま維持するものである必要はない。
第1側方レンズ部分14は、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、主にz成分とx成分を0に近づけるような形状であればよく、必ずしもy成分をそのまま維持するものである必要はない。
第2中央レンズ部分15は、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、y成分のみを0に近づけるような形状であればよく、必ずしもx成分・z成分をそのまま維持するものである必要はない。
第2側方レンズ部分16は、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、z成分のみを0に近づけるような形状であればよく、必ずしもx成分・y成分をそのまま維持するものである必要はない。
なお、後述する第2および第3実施例に記載の光源レンズにおいても、別目的のためにこのように形状をアレンジすることも可能である。
[実施例2]
次に、実施例1とは異なる発光素子および異なる光源レンズを用いた光源装置の実施例2を説明する。本例においても、発光素子の発光面の発光中心点Pを原点Oとし、原点Oで直交して発光面と同一平面上を延びる二軸をX軸およびY軸、原点Oから発光面の前方に垂直に延びる軸をZ軸とする。
図10(a)は本例の光源装置の平面図であり、図10(b)は本例の光源装置をXZ平面で切断した断面図であり、図10(c)は本例の光源装置をYZ平面で切断した断面図である。実施例2の光源装置1Aは、第1反射鏡5を備えていない。なお、本例の光源装置1Aは、実施例1と対応する構成を備えているので、対応する部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
(発光素子)
本例では、第2の発光素子7を用いている。第2の発光素子7の配光特性は、図6に示すものである。
(光源レンズ)
光源レンズ4Aは、第2の発光素子7の発光面7aのZ軸方向の前方に位置する中央レンズ部分43と、Y軸方向において中央レンズ部分43の両端に形成されている一対の側方レンズ部分44を備えている。
中央レンズ部分43は、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が、図10(b)に示すように、第2の発光素子7からの発散光を発散状態のままで通過させるものとされている。また、中央レンズ部分43は、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が、図10(c)に示すように、第2の発光素子7からの発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされている。言い換えると、中央レンズ部分13は、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、y成分のみを0に近づけるように作用する。
側方レンズ部分44のそれぞれは、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が第2の発光素子7からの発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされており、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が、図10(c)に示すように、第2の発光素子7からの発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされている。言い換えると、側方レンズ部分44は、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、z成分とx成分を0に近づけるように作用する。
ここで、中央レンズ部分43および一対の側方レンズ部分44は、Y軸を中心として、図10(c)に示す断面形状(同一断面形状)50aを回転させることにより得られる回転体50であり、図10(b)の矢印に示すように、XY平面からX軸のマイナス方向に向かって180°の角度範囲に渡って形成されている。
断面形状50aは、図10(c)に示すYZ平面上では、Z軸に対して対称であり、Z軸と交差してZ軸の前方に突出する第1円弧部分51と、円弧部分の両端からそれぞれY軸方向に突出する一対の第2円弧部分52を備えている。第1円弧部分51を規定している円の中心51aは、Z軸上において発光面7aから前方に離れた位置にある。また、一対の第2円弧部分52をそれぞれ規定している円の中心52aは、Y軸上において、発光面7aから外側に離れた位置にある。図10(a)、(c)に示すように、第1円弧部分51によって中央レンズ部分43の外側面43aの形状が規定されており、第2円弧部分52によって側方レンズ部分44の外側面44aの形状が規定されている。
一対の第2円弧部分52の後端の間は、図10(c)に示すように、一方の第2円弧部分52の後端からY軸上を延びる第1直線部分53と、第1直線部分53の端からZ軸方向を前方に延びる第2直線部分54と、第2直線部分54の端からY軸方向に延びる第3直線部分55と、第3直線部分55の端からZ軸方向を後方に延びる第4直線部分56と、第4直線部分56の端から他方の第2円弧部分52の後端までY軸上を延びる第5直線部分57によって連続させられている。第3直線部分55の寸法は、第1円弧部分51のY軸方向の寸法と同一となっており、第2直線部分54、第3直線部分55および第4直線部分56によって、中央レンズ部分43および側方レンズ部分44の内側に形成されている凹部58の形状が規定されている。
ここで、第2の発光素子7は、凹部58によって基板2上に形成された空間内の中央に収納されている。光源レンズ4Aは第2の発光素子7の発光面7aをZ軸方向の前方から覆っている。
本例では、第2の発光素子7からの発散光のうち、XZ平面に対しておよそ0°から45°の方向に放射された光が中央レンズ部分43を透過する。中央レンズ部分43を通過する光はXZ平面の方向に屈折させられ、その透過光はXZ平面に平行な方向に放射される。
また、第2の発光素子7からの発散光のうち、XZ平面に対しておよそ45°から90°の方向に放射された光が側方レンズ部分44を通過する。側方レンズ部分44を通過する光は、YZ平面の方向並びにXY平面の方向に屈折させられ、その透過光はYZ平面並びにXY平面に平行な方向に放射される。しかる後に、側方レンズ部分44の透過光は、第2反射鏡6によって、Z軸を含むXZ平面に平行な方向に反射させられる。
(配光特性)
図11(a)は光源装置1Aの配光特性を天頂角度と方位角度相対値で示す扇グラフであり、図11(b)は第2の発光素子7の配光特性を方位角度と天頂角度相対値で示す等高線グラフである。図11に示すように、本例の光源装置1Aによれば、Y軸方向の射出角度が狭まっており、方位角度90°の側、および、270°の側に、線状の照射範囲が形成される。光源装置1Aによれば、実施例1の光源装置1よりも長い照射範囲が得られている。
なお、実施例2の光源レンズ4Aは、断面形状が180°の角度範囲に渡る回転体として形成されているが、90°〜180°のいずれの角度の角度範囲に渡る回転体として形成されていてもよい。
また、光源装置1AのX軸のマイナス方向の隣接位置に第1反射鏡5を配置してもよい。この場合には、光源装置1Aによる線状の照射範囲は短くなるが、第1反射鏡5による反射光によって、この照射範囲の光度を高めることができる。
[実施例3]
次に、実施例1とは異なる発光素子および異なる光源レンズを用いた光源装置の実施例3を説明する。本例では、発光素子の発光面と同一平面上で発光面の発光中心点Pから外れている位置を原点Oとし、原点Oおよび発光点を通過して延びる軸をX軸、原点OでX軸に直交して発光面と同一平面上を延びる軸をY軸、原点OでX軸およびY軸と直交して発光面の前方に延びる軸をZ軸とする。図12(a)は本例の光源装置の平面図であり、図12(b)は本例の光源装置をXZ平面で切断した断面図であり、図12(c)は本例の光源装置をYZ平面で切断した断面図である。図12に示すように、原点Oは、第3の発光素子8の発光面8aからX軸上をマイナス側に外れた位置であって、発光面8aの外周縁の近傍にある。なお、本例の光源装置1Bは、実施例1と対応する構成を備えているので、対応する部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
(発光素子)
本例では、第3の発光素子8を用いている。第3の発光素子8の配光特性は、図8に示すものである。
(光源レンズ)
光源レンズ4Bは、Z軸方向の前方に位置して第3の発光素子8の発光面8aの全面を前側から覆っている中央レンズ部分63と、Y軸方向において中央レンズ部分63の両端に形成されている一対の側方レンズ部分64を備えている。X軸方向のプラス側から光源レンズ4Bを見たときに、中央レンズ部分63は、XZ平面を挟んでY軸方向の右側に位置する右側レンズ部分631と、左側に位置する左側レンズ部分632を備えている。右側レンズ部分631と左側レンズ部分632はXZ平面に対して面対称となっている。
中央レンズ部分63は、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が、図12(b)に示すように、第3の発光素子8からの発散光を発散状態のままで通過させるものとされている。また、中央レンズ部分63は、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が、図12(c)に示すように、第3の発光素子8からの発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされている。
側方レンズ部分64のそれぞれは、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が第3の発光素子8からの発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされており、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が、図12(c)に示すように、第3の発光素子8からの発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされている。
ここで、中央レンズ部分63および一対の側方レンズ部分64は、Y軸を中心として、図12(c)に示す断面形状(同一断面形状)70aを回転させることにより得られる回転体70であり、図12(a)の矢印に示すように、XY平面からX軸のマイナス方向に向かって90°の角度範囲に渡って形成されている。
断面形状70aは、図12(c)に示すYZ平面上では、Z軸に対して対称であり、Z軸方向の前方に突出する凸曲線部分71と、光源レンズ4BをX軸方向のプラス側から見たときに、凸曲線部分71の左右の両端からそれぞれY方向に突出する一対の円弧部分72を備えている。
凸曲線部分71は、Z軸を挟んで右側に位置する右側凸曲線部分711と左側に位置する左側凸曲線部分712を備えており、右側凸曲線部分711によって右側レンズ部分631の外側面631aの形状が規定されており、左側凸曲線部分712によって左側レンズ部分632の外側面632aの形状が規定されている。従って、右側凸曲線部分711および左側凸曲線部分712によって中央レンズ部分63の外側面63aの形状が規定されている。
一対の円弧部分72は、Z軸を挟んで右側に位置する右側円弧部分721と、左側の左側円弧部分722を備えている。右側円弧部分721および左側の左側円弧部分722をそれぞれ規定する円の中心72aは、Y軸上において発光面8aから外側に離れた位置にある。一対の円弧部分72によって、一対の側方レンズ部分64の外側面64aの形状が規定されている。
ここで、右側凸曲線部分711と、一対の円弧部分72のうちZ軸よりも右側に位置している右側円弧部分721とは、Z軸に対して右側に45°の角度で傾斜している対称軸L1に対して線対称となっており、左側凸曲線部分712と、Z軸よりも左側に位置している左側円弧部分722は、Z軸に対して左側に45°の角度で傾斜している対称軸L2に対して線対称となっている。
一対の円弧部分72の後端の間は、右側円弧部分721の後端から右側に向かってY軸上を延びる第1直線部分73と、第1直線部分73の端からZ軸方向を前方に延びる第2直線部分74と、第2直線部分74の端からY軸方向に向かってZ軸方向を前方に傾斜して延びる第3直線部分75と、第3直線部分75の端からY軸方向に向かってZ軸方向を後方に傾斜して延びる第4直線部分76と、第4直線部分76の端からZ軸方向を後方に延びる第5直線部分77と、第5直線部分77の端から左側円弧部分722の後端までY軸上を延びる第6直線部分78によって連続させられている。第3直線部分75のY軸方向における寸法は右側凸曲線部分711のY軸方向における寸法と同一となっており、および第4直線部分76のY軸方向における寸法は、左側凸曲線部分712のY軸方向における寸法と同一となっている。また、第2直線部分74、第3直線部分75、第4直線部分76および第5直線部分77によって、中央レンズ部分63および側方レンズ部分64の内側に形成されている凹部79の形状が規定されている。
ここで、第3の発光素子8は、凹部79によって基板2上に形成された空間内に収納されている。光源レンズ4Bは第3の発光素子8の発光面8aをZ軸方向の前方から覆っている。
本例では、第3の発光素子8からの発散光のうち、XZ平面に対しておよそ0°から45°の方向に放射された光が、一部を除いて、直接、中央レンズ部分63を透過する。中央レンズ部分63を透過する光は、XZ平面の方向に屈折させられ、その透過光はXZ平面に平行な方向に放射される。中央レンズ部分63の透過光のうち、X方向をX軸のマイナス方向に向う光は、第1反射鏡5によってYZ平面の方向に反射される。
また、第3の発光素子8からの発散光のうち、XZ平面に対しておよそ45°から90°の方向に放射された光が、一部を除いて、直接、側方レンズ部分64を通過する。側方レンズ部分64を通過する光は、YZ平面の方向並びにXY平面の方向に屈折させられ、その透過光はYZ平面並びにXY平面に平行な方向に放射される。しかる後に、側方レンズ部分64の透過光は、第2反射鏡6によってXZ平面の方向に反射される。
なお、第3の発光素子8からXZ平面に対しておよそ0°から45°の方向に放射された光のうち中央レンズ部分63に直接達しない一部の光、および、XZ平面に対しておよそ45°から90°の方向に放射された光のうち側方レンズ部分64に直接達しない一部の光は、第1反射鏡5によってYZ平面の方向に反射されて、光源レンズ4Bを透過する。
(配光特性)
図13(a)は光源装置1Bの配光特性を天頂角度と方位角度相対値で示す扇グラフであり、図13(b)は光源装置1Bの配光特性を方位角度と天頂角度相対値で示す等高線グラフである。図13に示すように、本例の光源装置1Bによれば、Y軸方向の射出角度が狭まっており、方位角度270°の側に線状の照射範囲が形成される。また、光源装置1Bによれば、中央レンズ部分63を右側レンズ部分631および左側レンズ部分632から構成したことによって天頂角度90°、方位角度270°の側の光線が分散され、実施例1の光源装置1よりも太い照射範囲が得られている。
また、本例によれば、第3の発光素子8の発光面8aと光源レンズ4Bの位置関係の基準となる原点を発光面8aから外れた位置としているので、中央レンズ部分63および側方レンズ部分64のみからなる光源レンズ4Bによって発光面8aをZ軸方向の前方から覆うことが可能となっている。従って、光源レンズ4Bを小さく構成することができる。
なお、実施例3の光源レンズ4Bの替わりに、実施例1の第1部位11と同一形状を備える光源レンズを用いても、線状の照射範囲を得ることができる。
ここで、上記の実施例1〜3では、発光素子を一つの発光ダイオードとしているが、発光素子として、複数の発光素子を有し、複数の発光素子が全体として一つの発散光を放射しているものを用いることができる。
また、上記の実施例1〜3では、第1中央レンズ部分13、第1側方レンズ部分14、第2中央レンズ部分15、第2側方レンズ部分16、中央レンズ部分43、側方レンズ部分44、中央レンズ部分63、側方レンズ部分64などを、それぞれ、細分化された複数のレンズ部分から構成することもできる。
さらに、上記の実施例1〜3では、光源レンズ4、4A、4Bは、いずれもXZ平面に対して面対称に形成されているが、これらを非対称に形成してもよい。
[実施例4]
(全体構成)
図14は本例の光源装置の概観斜視図である。図15(a)は光源装置をZ軸の前方から見た平面図であり、図15(b)は光源装置をY軸方向から見た側面図である。図15(b)では、一対の第2反射鏡6のうちの一方を取り除いた状態を示している。なお、実施例4の光源装置1Cは、第4の発光素子80および光源レンズ81を除いて上記の実施例1と同一の構成を備えているので、対応する構成には同一の符号を付して説明する。
図14に示すように、本例の光源装置1Cは、基板2と、この基板2に形成された配線パターンに接続された第4の発光素子80を備えている。基板2の表面には第4の発光素子80の発光面80aを覆うように光源レンズ81が固定されており、第4の発光素子80は光源レンズ81の内側に収納されている。なお、本例では、発光面80aの発光中心点Pを原点Oとし、原点Oで直交して発光面80aと同一平面上を延びる二軸をX軸およびY軸、原点Oから発光面80aの前方に垂直に延びる軸をZ軸として説明する。また、X軸方向の一方をプラス方向、他方をマイナス方向として説明する。
光源レンズ81のZ軸方向の側およびX軸のプラス方向の側は開放状態とされている。光源レンズ81のX軸のマイナス方向には第1反射鏡5が隣接配置されている。光源レンズ81のY軸方向の両側には一対の第2反射鏡6が隣接配置されている。
(発光素子)
本例において、光源として用いた第4の発光素子80は、青色の発散光を放射する発光素子(青色発光ダイオード)を蛍光体により励起させ、黄色と青色の混合色による疑似白色の発散光を放射するものであり、発散光には青色の波長ピークと黄色の波長ピークが存在する。第4の発光素子80の配光は、実施例1の発光素子3と同様に図3に示すランバート分布である。
(光源レンズ)
図16(a)は光源装置1CをXZ平面で切断した断面図であり、図16(b)は光源装置1CをYZ平面で切断した断面図である。光源レンズ81は、エポキシ樹脂やポリカーボネート樹脂などの光透過性樹脂を射出成形することによって形成されている。図14、図15(a)に示すように、光源レンズ81は、YZ平面よりもX軸のプラス側に位置する第1部位82と、YZ平面よりもX軸のマイナス側に位置する第2部位83を備えている。第1部位82は第4の発光素子80からの発散光のうちYZ平面よりもX軸のプラス側を通過する光を配光制御し、第2部位83は第4の発光素子80からの発散光のうちYZ平面よりもX軸のマイナス側を通過する光を配光制御する。
第1部位82は、発光面80aのZ軸方向の前方に位置する第1中央レンズ部分(中央レンズ部分)84と、Y軸方向において第1中央レンズ部分84の両端に形成されている一対の第1側方レンズ部分(側方レンズ部分)85を備えている。第2部位83は、第1中央レンズ部分84のX軸のマイナス方向の端に形成されている第2中央レンズ部分86と、各第1側方レンズ部分85のX軸のマイナス方向の端に形成されている一対の第2側方レンズ部分87を備えている。
第1中央レンズ部分84は、XZ平面と平行な平面で切断した場合の断面形状が、図16(a)に示すように、1/4の円弧形状となっている。また、第1中央レンズ部分84は、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が、図16(b)に示すように、Y軸と平行に直線状に延びるものとなっている。第1中央レンズ部分84の外側面は、発光素子からの発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備える中央フルネルレンズ面88とされている。第1中央レンズ部分84は、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、y成分のみを0に近づけるように作用する。
第1側方レンズ部分85のそれぞれは、図15(b)に示すように、側面形状が、中心角が90°の扇形となっている。また、第1側方レンズ部分85のそれぞれは、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が、図16(b)に示すように、Y軸と直交する方向に直線状に延びるものとなっている。各第1側方レンズ部分85の外側面は、発光素子からの発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワー、および、発光素子からの発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備える側方フルネルレンズ面89とされている。第1側方レンズ部分85のそれぞれは、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、z成分とx成分を0に近づけるように作用する。
ここで、第1中央レンズ部分84および一対の第1側方レンズ部分85は、中央フルネルレンズ面88、側方フルネルレンズ面89のレンズ形状までも含めて、Y軸を中心として、図16(b)に示す断面形状(同一断面形状)90aを回転させることにより得られる回転体90であり、図16(a)の矢印に示すように、XY平面からX軸のマイナス方向に向かって90°の角度範囲に渡って形成されている。
断面形状90aは、図16(b)に示すYZ平面上では、Z軸に対して対称の門形状をしており、Z軸と交差してY軸と平行に延びている略矩形の平行部分91と、平行部分91の両端からそれぞれY軸と垂直に延びている略矩形の一対の垂直部分92を備えている。図14、図15に示すように、平行部分91によって第1中央レンズ部分84の形状が規定されており、一対の垂直部分92によって一対の第1側方レンズ部分85の形状が規定されている。
次に、第2中央レンズ部分86および一対の第2側方レンズ部分87は、第1中央レンズ部分84および第1側方レンズ部分85のYZ平面上の端面、すなわち、図16(b)に示す断面形状90aを備えている端面を、中央フルネルレンズ面88および側方フルネルレンズ面89のレンズ形状までも含めて、X軸のマイナス方向に所定長さだけ平行移動することにより得られる平行移動体となっている。より詳細には、断面形状90aの平行部分91によって第2中央レンズ部分86の形状が規定されており、垂直部分92によって第2側方レンズ部分87の形状が規定されている。
これにより、第2中央レンズ部分86は、第4の発光素子80からの発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとなっている。言い換えると、第2中央レンズ部分86は、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、y成分のみを0に近づけるように作用する。
また、一対の第2側方レンズ部分87は、第4の発光素子80からの発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとなっている。言い換えると、第2側方レンズ部分87は、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、z成分を0に近づけるように作用する。
なお、第4の発光素子80は光源レンズ81によって基板2上に形成された空間内に収納されており、光源レンズ81は第4の発光素子80の発光面80aをZ軸方向の前方から覆っている。より詳細には、第1部位82が発光面80aのX軸のプラス側をZ軸方向の前方から覆っており、第2部位83が発光面80aのX軸のマイナス側をZ軸方向の前方から覆っている。
(フルネルレンズ面)
図17は光源レンズ81をYZ平面で切断した断面形状90aにおける平行部分91および垂直部分92の部分拡大図である。図17に示すように、中央フルネルレンズ面88は、平行部分91の外側部分の一定厚さD1の範囲に形成されている。側方フルネルレンズ面89は、垂直部分92の外側部分の一定厚さD2の範囲に形成されている。
中央フルネルレンズ面88において、Y軸方向において第4の発光素子80が位置する内側に向かってZ軸の前方に傾斜している第1傾斜レンズ部分94は、発散光をXZ平面の側に屈折させる機能を担っている。より詳細には、Y軸方向において隣接している一方の第1傾斜レンズ部分94(1)と他方の第1傾斜レンズ部分94(2)は、一方の第1傾斜レンズ部分94(1)が黄色の発散光Yを高効率でXZ平面の側に屈折させる機能を担っており、他方の第1傾斜レンズ部分94(2)が青色の発散光Bを高効率でXZ平面の側に屈折させる機能を担っている。言い換えると、第1傾斜レンズ部分94は互い違いに、青色発散光と黄色発散光に対応したレンズ面となっている。これにより、光源レンズ81がアッベ数の低い材料(分散が大きい材料)から形成されている場合でも、光源レンズ81を介して放出される光に色むらが発生することが抑制される。
中央フルネルレンズ面88において、第1傾斜レンズ部分94のZ軸方向の前端からY軸方向において第4の発光素子80が位置する内側に向かってZ軸の後方に傾斜している第2傾斜レンズ部分95は、その傾斜角度α1が、平行部分91に入射して第2傾斜レンズ部分95の後端に達する光線の屈折角度β1と一致するように形成されている。これにより、光源レンズ81を介して放出される光線が迷光となることが抑制され、光源からの光を高効率で利用することができる。また、このような傾斜とすることにより、金型の離型方向(α1=90°の方向)と第2傾斜レンズ部分95が平行となるのを避け逃げ角を持たせることができる。さらに、第1傾斜レンズ部分94と第2傾斜レンズ部分95によって形成される角度θ1が鋭角になることを回避することができるので、成形時に樹脂を先端まで容易に充填可能となり、光源レンズ81の成形が容易となっている。さらに、第2傾斜レンズ部分95の断面および第1傾斜レンズ部分94の断面は直線状となっており、これにより、光源レンズ81の成形が容易となっている。
側方フルネルレンズ面89において、Y軸方向において第4の発光素子80が位置する内側に向かってZ軸の前方に傾斜している第3傾斜レンズ部分96は、発散光をXY平面の側に屈折させる機能を担っている。より詳細には、Y軸方向において隣接している一方の第3傾斜レンズ部分96(1)と他方の第3傾斜レンズ部分96(2)は、一方の第3傾斜レンズ部分96(1)が黄色の発散光Y(黄色発光ダイオードから射出される発散光)をXY平面の側に屈折させる機能を担っており、他方の第3傾斜レンズ部分96(2)が青色の発散光B(青色発光ダイオードから射出される発散光)をXY平面の側に屈折させる機能を担っている。これにより、光源レンズ81がアッベ数の低い材料(分散が大きい材料)から形成されている場合でも、光源レンズ81を介して放出される光に色むらが発生することが抑制される。なお、第3傾斜レンズ部分96は、垂直部分92がY軸回りに回転させられて回転体90を構成したときには、発散光をXY平面の側に屈折させる機能とともに、発散光をYZ平面の側に屈折させる機能も担うものとなる。
側方フルネルレンズ面89において、第3傾斜レンズ部分96の外側の端からY軸方向において第4の発光素子80が位置する内側に向かってZ軸の後方に傾斜している第4傾斜レンズ部分96は、その傾斜角度α2が、垂直部分92に入射して第4傾斜レンズ部分97の後端に達する光線の屈折角度β2と一致するように形成されている。これにより、光源レンズ81を介して放出される光線が迷光となることが抑制される。また、このような傾斜とすることにより、第3傾斜レンズ部分96と第4傾斜レンズ部分97によって形成される角度θ2が鋭角になることを回避することができるので、光源レンズ81の成形が容易となっている。さらに、第4傾斜レンズ部分97の断面および第3傾斜レンズ部分96の断面は直線状となっており、これにより、光源レンズ81の成形が容易となっている。
なお、発光素子が、3波長以上の光を含んでいる場合には、隣接している3つ以上の第3傾斜レンズ部分96が、順番にそれぞれ異なる発光素子(発光ダイオード)の発散光を屈折させる機能を担うようにフルネルレンズ面を形成すればよい。また、発光素子が単一波長の光源の場合には当該波長に対応したフレネルレンズ面を形成する。ここで、発光素子が複数波長の場合は複数波長の中心波長で全てのフレネルレンズ面を形成してもよいが、この場合には、上記実施例と比較して、照射範囲に比較的多くムラが生じるという欠点がある。
(光源レンズによる配光)
本例では、第4の発光素子80から放射されてYZ平面からX軸のプラス側を通過する発散光のうち、XZ平面に対しておよそ0°から45°の方向に放射された光が第1中央レンズ部分84を透過する。第1中央レンズ部分84を通過する光は、図16(b)に示すように、XZ平面の方向に屈折させられ、その透過光はXZ平面に平行な方向に放射される。
また、第4の発光素子80から放射されてYZ平面からX軸のプラス側を通過する発散光のうち、XZ平面に対しておよそ45°から90°の方向に放射された光が第1側方レンズ部分85を通過する。第1側方レンズ部分85を通過する光は、YZ平面の方向並びにXY平面の方向に屈折させられ、その透過光はYZ平面並びにXY平面に平行な方向に放射される。
さらに、第4の発光素子80から放射されて、YZ平面よりもX軸のマイナス側を通過する発散光のうちZ軸に対しておよそ0°から45°の方向に放射された光が、一部を除いて、直接、第2中央レンズ部分86を透過する。第2中央レンズ部分86を通過する光はXZ平面の方向に屈折させられ、その透過光はXZ平面に平行な方向に放射される。
また、第4の発光素子80から放射されてYZ平面よりもX軸のマイナス側に向う発散光のうち、Z軸に対しておよそ45°から90°の方向に放射された光が、一部を除いて、直接、第2側方レンズ部分87を通過する。直接第2側方レンズ部分87を通過する光は、X軸のマイナス方向に向うとともに、XY平面の方向に屈折させられ、その透過光はXY平面に平行な方向に放射される。
なお、第4の発光素子80から放射されて、YZ平面よりもX軸のマイナス側に向う発散光のうち、第2中央レンズ部分86または第2側方レンズ部分87に直接達しない一部の光は、第1反射鏡5によってYZ平面の側に向かって反射され、しかる後に、光源レンズ81を透過する。
(反射鏡)
反射鏡は、実施例1と同一のものである。第1反射鏡5は、YZ平面と平行で光源レンズ81の側を向いている第1反射面5aを備えている。第1反射面5aは、図16(a)に示すように、X軸のマイナス方向に向う第2中央レンズ部分86の透過光を、YZ平面の方向に反射する。本例では、第1反射鏡5のZ軸方向の寸法は、光源レンズ81のZ軸方向の高さ寸法の2倍以上となっている。
一対の第2反射鏡6のそれぞれは、図16(b)に示すように、光源レンズ81の側を向き、Z軸の前方に向かってXZ平面から離れる方向に傾斜している第2反射面6aを備えている。本例では、第2反射面6aは第4の発光素子80の発光面80aに対して45°傾斜している。第2反射面6aは、第1側方レンズ部分85の透過光および第2側方レンズ部分87の透過光を、XZ平面の方向に反射する。
ここで、第1側方レンズ部分85を通過する光は、XY平面の方向、並びに、YZ平面の方向に屈折させられている。また、第2側方レンズ部分87を通過する光はYZ平面よりもX軸のマイナス方向に向かって放射されており、XY平面の方向に屈折させられている。従って、第1側方レンズ部分85を通過する光、および、第2側方レンズ部分87を通過する光が屈折させられていない場合と比較して、これらの透過光を、X軸方向およびZ軸方向において、小さな反射鏡で反射できる。本例では、一対の第2反射鏡6のZ軸方向の前端は、光源レンズ81のZ軸方向の前端よりも僅かに上方に位置している。
(配光特性)
図18(a)は光源装置1Cの配光特性を天頂角度と方位角度相対値で示す扇グラフであり、図18(b)は光源装置1Cの配光特性を方位角度と天頂角度相対値で示す等高線グラフである。本例によれば、第4の発光素子80からの発散光のうち第1中央レンズ部分84および第2中央レンズ部分86を透過した透過光は、XZ平面に沿って、Y軸方向の幅が狭められた線状となる。
また、本例によれば、第4の発光素子80からの発散光のうち、第1側方レンズ部分85を透過する光は、XY平面並びにYZ平面と平行な方向に屈折させられており、第2側方レンズ部分87を通過する光はYZ平面よりもX軸のマイナス方向に向かって放射されて、XY平面の方向に屈折させられている。この結果、第1側方レンズ部分85の透過光および第2側方レンズ部分87の透過光は第1中央レンズ部分84および第2中央レンズ部分86の透過光とは重ならない方向に放射されているが、これらの透過光は、第2反射鏡6によってZ軸を含むXZ平面に平行な方向に反射させられている。
以上のような配光制御の結果、光源装置1Cによれば、図18に示すように、方位角度270°の側に線状の照射範囲を得ることができる。
本例では、光源レンズ81が第1中央レンズ部分84のX軸のマイナス方向に連続する第2中央レンズ部分86を備えているので、光源装置1Cによる線状の照射範囲が長い。
また、本例では、光源レンズ81のX軸のマイナス方向に配置された第1反射鏡5によって、X軸のマイナス方向に向う第2中央レンズ部分86の透過光をYZ平面側に反射するので、照射範囲の光度が高まる。
ここで、図19は本例の光源レンズ81と実施例1の光源レンズ4の大きさの説明図である。図19(a)は、同様の配光特性を備える実施例1の光源レンズ4および光源レンズ81を重ねてZ軸方向から見た平面図であり、図19(b)はこれらをY軸方向から見た側面図である。図19に示されるように、本例の光源レンズ81は、フルネルレンズ面を用いて発散光を屈折させているので、同様の配光特性を備える実施例1の光源レンズ4と比較して、小さく構成することができる。
(実施例4の変形例1)
第4の発光素子80として、上記の第4の発光素子80に替えて、配光特性の異なる第5の発光素子を用いた実施例4の変形例1の光源装置を説明する。第5の発光素子は、発光素子として、黄色の発散光Yを放射する発光素子と青色の発散光Bを放射する発光素子を有し、全体として一つの白色の発散光を放射しているものである。その配光は、実施例1の変形例1の第2の発光素子7と同様の分布を示すものであり(図6参照)、環状に強い光を射出する。なお、本例の光源装置は、第5の発光素子を除いて実施例4の光源装置1Cと同一の構成を備えているので、その構成の説明は省略する。
図20(a)は本例の光源装置の配光特性を天頂角度と方位角度相対値で示す扇グラフであり、図20(b)は本例の光源装置の配光特性を方位角度と天頂角度相対値で示す等高線グラフである。本例の光源装置においても、Y軸方向の射出角度が狭まっており、方位角度270°の側に線状の照射範囲が形成される。
(実施例4の変形例2)
第4の発光素子80として、上記の第4の発光素子80に替えて、第6の発光素子を用いた実施例2の変形例2の光源装置を説明する。第6の発光素子は、発光素子として、黄色の発散光Yを放射する発光素子と青色の発散光Bを放射する発光素子を有し、全体として一つの白色の発散光を放射しているものである。その配光は、実施例1の変形例2の第3の発光素子8と同様の分布を示すものであり(図8参照)、所謂、高輝度タイプの発光ダイオードである。なお、本例の光源装置は、第6の発光素子を除いて実施例4の光源装置1Cと同一の構成を備えているので、その構成の説明は省略する。
図21(a)は変形例2の光源装置の配光特性を天頂角度と方位角度相対値で示す扇グラフであり、図21(b)は変形例2の光源装置の配光特性を方位角度と天頂角度相対値で示す等高線グラフである。変形例2の光源装置においても、Y軸方向の射出角度が狭まっており、方位角度270°の側に線状の照射範囲が形成される。
(実施例4の変形例3)
図22(a)は実施例4の変形例3の光源装置の平面図であり、図22(b)は実施例4の変形例3の光源装置をYZ平面で切断した断面図である。図22を参照して実施例4の変形例3の光源装置1Dを説明する。本例の光源装置1Dは、中央フルネルレンズ面88Aおよび側方フルネルレンズ面89Aを光源レンズ81Aの内側面に形成している。なお、本例の光源装置1Dは、上記の実施例4の光源装置1Cと同一の構成を備えているので、共通する部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本例では、光源レンズ81Aは、第1中央レンズ部分84Aの内側面が、発光素子からの発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備える中央フルネルレンズ面88Aとされている。第1中央レンズ部分84Aは、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、y成分のみを0に近づけるように作用する。
また、光源レンズ81Aは、各第1側方レンズ部分85Aの内側面が、発光素子からの発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワー、および、発光素子からの発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備える側方フルネルレンズ面89Aとされている。第1側方レンズ部分85Aのそれぞれは、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、z成分とx成分を0に近づけるように作用する。
そして、第1中央レンズ部分84Aおよび一対の第1側方レンズ部分85Aは、中央フルネルレンズ面88Aおよび側方フルネルレンズ面89Aのレンズ形状までも含めて、Y軸を中心として、図22(b)に示す断面形状(同一断面形状)93aを回転させることにより得られる回転体93となっている。断面形状93aは、図22(b)に示すYZ平面上では、Z軸に対して対称の門形状をしており、Z軸と交差してY軸と平行に延びている略矩形の平行部分91Aと、平行部分91Aの両端からそれぞれY軸と垂直に延びている略矩形の一対の垂直部分92Aを備えている。平行部分91Aによって第1中央レンズ部分84Aの形状が規定されており、一対の垂直部分92Aによって一対の第1側方レンズ部分85Aの形状が規定されている。
また、第2中央レンズ部分86Aおよび一対の第2側方レンズ部分87Aは、第1中央レンズ部分84Aおよび第1側方レンズ部分85AのYZ平面上の端面、すなわち、図22(b)に示す断面形状93aを備えている端面を、中央フルネルレンズ面88Aおよび側方フルネルレンズ面89Aのレンズ形状までも含めて、X軸のマイナス方向に所定長さだけ平行移動することにより得られる平行移動体となっている。これにより、第2中央レンズ部分86Aは、第4の発光素子80からの発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとなっている。言い換えると、第2中央レンズ部分86Aは、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、y成分のみを0に近づけるように作用する。また、一対の第2側方レンズ部分87Aは、第4の発光素子80からの発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとなっている。言い換えると、第2側方レンズ部分87Aは、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、z成分を0に近づけるように作用する。
図23は光源レンズ81AをYZ平面で切断した断面形状93aにおける平行部分91Aおよび垂直部分92Aの部分拡大図である。図23に示すように、中央フルネルレンズ面88Aは、平行部分91Aの内側部分の一定厚さD3の範囲に形成されている。側方フルネルレンズ面89Aは、垂直部分92Aの内側部分の一定厚さD4の範囲に形成されている。
中央フルネルレンズ面88Aにおいて、Y軸方向において第4の発光素子80から離れる外側に向かってZ軸の前方に傾斜している第1傾斜レンズ部分94Aは、発散光をXZ平面の側に屈折させる機能を担っている。より詳細には、Y軸方向において隣接している一方の第1傾斜レンズ部分94A(1)と他方の第1傾斜レンズ部分94A(2)は、一方の第1傾斜レンズ部分94A(1)が黄色の発散光Y(黄色発光ダイオードから射出される発散光)をXZ平面の側に屈折させる機能を担っており、他方の第1傾斜レンズ部分94A(2)が青色の発散光B(青色発光ダイオードから射出される発散光)をXZ平面の側に屈折させる機能を担っている。これにより、光源レンズ81Aがアッベ数の低い材料(分散が大きい材料)から形成されている場合でも、光源レンズ81Aを介して放出される光に色むらが発生することが抑制される。
中央フルネルレンズ面88Aにおいて、第1傾斜レンズ部分94AのZ軸方向の後端からY軸方向において第4の発光素子80が位置する内側に向かってZ軸の前方に傾斜している第2傾斜レンズ部分95Aは、その傾斜角度α3が、第2傾斜レンズ部分95Aの前端からフロントフォーカスF1に達する光線が平行部分91Aの前方の空間(空気)に入射する入射角度β3と一致するように形成されている。これにより、光源レンズ81Aを介して放出される光線が迷光となることが抑制される。また、このような傾斜とすることにより、第2傾斜レンズ部分95Aと第1傾斜レンズ部分94Aによって形成される角度θ3が鋭角になることを回避することができるので、光源レンズ81Aの成形が容易となっている。さらに、第1傾斜レンズ部分94Aの断面および第2傾斜レンズ部分95Aの断面は直線状となっており、これにより、光源レンズ81Aの成形が容易となっている。
側方フルネルレンズ面89Aにおいて、Y軸方向において第4の発光素子80から離れる外側に向かってZ軸の前方に傾斜している第3傾斜レンズ部分96Aは、発散光をXY平面の側に屈折させる機能を担っている。より詳細には、Y軸方向において隣接している一方の第3傾斜レンズ部分96A(1)と他方の第3傾斜レンズ部分96A(2)は、一方の第3傾斜レンズ部分96A(1)が黄色の発散光Y(黄色発光ダイオードから射出される発散光)をXY平面の側に屈折させる機能を担っており、他方の第3傾斜レンズ部分96A(2)が青色の発散光B(青色発光ダイオードから射出される発散光)をXY平面の側に屈折させる機能を担っている。これにより、光源レンズ81Aがアッベ数の低い材料(分散が大きい材料)から形成されている場合でも、光源レンズ81Aを介して放出される光に色むらが発生することが抑制される。なお、第3傾斜レンズ部分96Aは、垂直部分92AがY軸回りに回転させられて回転体93を構成したときには、発散光をXY平面の側に屈折させる機能とともに、発散光をYZ平面の側に屈折させる機能も担うものとなる。
側方フルネルレンズ面89Aにおいて、第3傾斜レンズ部分96AのY軸方向の内側の端からY軸方向において第4の発光素子80から離れる外側に向かってZ軸の後方に傾斜している第4傾斜レンズ部分97Aは、その傾斜角度α4が、第4傾斜レンズ部分97Aの外側の端からフロントフォーカスF2に達する光線が垂直部分92Aの側方の空間(空気)に入射する入射角度β4と一致するように形成されている。これにより、光源レンズ81Aを介して放出される光線が迷光となることが抑制される。また、このような傾斜とすることにより、第4傾斜レンズ部分97Aと第3傾斜レンズ部分96Aによって形成される角度θ4が鋭角になることを回避することができるので、光源レンズ81Aの成形が容易となっている。さらに、第4傾斜レンズ部分97Aの断面および第3傾斜レンズ部分96Aの断面は直線状となっており、これにより、光源レンズ81Aの成形が容易となっている。
図24(a)は本例の光源装置1Dの配光特性を天頂角度と方位角度相対値で示す扇グラフであり、図24(b)は本例の光源装置1Dの配光特性を方位角度と天頂角度相対値で示す等高線グラフである。本例の光源装置1Dにおいても、Y軸方向の射出角度が狭まっており、方位角度270°の側に線状の照射範囲が形成される。
[実施例5]
図25を参照して、実施例5の光源装置を説明する。図25(a)は実施例5の光源装置のZ軸方向から見た平面図であり、図25(b)は実施例5の光源装置をY軸方向から見た側面図である。本例の光源装置1Eは実施例4とは光源レンズ100が相違する。また、光源装置1Eは第1反射鏡5を備えていない。なお、光源装置1Eは、実施例4と対応する構成を備えているので、対応する部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。また、本例においても、第4の発光素子80の発光面80aの発光中心点Pを原点Oとし、原点Oで直交して発光面と同一平面上を延びる二軸をX軸およびY軸、原点Oから発光面の前方に垂直に延びる軸をZ軸とする。
(光源レンズ)
光源レンズ100は、第4の発光素子80のZ軸方向の前方に位置する中央レンズ部分101と、Y軸方向において中央レンズ部分101の両端に形成されている一対の側方レンズ部分102を備えている。ここで、光源レンズ100は、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状は、図16(b)に示す断面形状(同一断面形状)90aと同一であり、この断面形状90aをXY平面からX軸のマイナス方向に向かって180°の角度範囲に渡って回転させることにより形成される回転体103である。
中央レンズ部分101は、図25(a)に示すように、Z軸方向から見た場合の平面形状が矩形である。また、中央レンズ部分101をXZ平面と平行な平面で切断した場合の断面形状は半円の円弧形状となっている。中央レンズ部分101の外側面は、発光素子からの発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備える中央フルネルレンズ面104となっている。中央レンズ部分101は、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、y成分を0に近づけるように作用する。
第1側方レンズ部分102のそれぞれは、図25(b)に示すように、Y軸方向から見た側面形状が半円形となっている。各側方レンズ部分102の外側面は、第4の発光素子80からの発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワー、および、第4の発光素子80からの発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備える側方フルネルレンズ面105とされている。側方レンズ部分102のそれぞれは、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、z成分とx成分を0に近づけるように作用する。
本例では、第4の発光素子80からの発散光のうち、XZ平面に対しておよそ0°から45°の方向に放射された光が中央レンズ部分101を透過する。中央レンズ部分101を通過する光はXZ平面の方向に屈折させられ、その透過光はXZ平面に平行な方向に放射される。
また、第4の発光素子80からの発散光のうち、XZ平面に対しておよそ45°から90°の方向に放射された光が側方レンズ部分102を通過する。側方レンズ部分102を通過する光は、YZ平面の方向並びにXY平面の方向に屈折させられ、その透過光はYZ平面並びにXY平面に平行な方向に放射される。しかる後に、側方レンズ部分102の透過光は、第2反射鏡6によって、Z軸を含むXZ平面に平行な方向に反射させられる。
(配光特性)
図26(a)は光源装置1Eの配光特性を天頂角度と方位角度相対値で示す扇グラフであり、図26(b)は光源装置1Eの配光特性を方位角度と天頂角度相対値で示す等高線グラフである。図26に示すように、本例の光源装置1Eによれば、Y軸方向の射出角度が狭まっており、方位角度90°の側、および、270°の側に、線状の照射範囲が形成される。光源装置1Eによれば、実施例4の光源装置1Cよりも長い照射範囲が得られている。
なお、実施例5の光源レンズ100は、同一断面形状が180°の角度範囲に渡る回転体として形成されているが、90°〜180°のいずれの角度の角度範囲に渡る回転体として形成されていてもよい。
また、光源装置1EのX軸のマイナス方向の隣接位置に第1反射鏡5を配置してもよい。この場合には、光源装置1Eによる線状の照射範囲は短くなるが、第1反射鏡5による反射光によって、この照射範囲の光度を高めることができる。
また、実施例4の変形例3と同様に、フルネルレンズ面を、中央レンズ部分101および一対の側方レンズ部分102の内側面に設けることもできる。
(その他の実施の形態)
なお、上記の実施例4〜5では、発光素子は、2つの発光素子(発光ダイオード)を有し、複数の発光素子が全体として一つの発散光を放射しているものを用いているが、3つ以上の発光素子(発光ダイオード)を有し、複数の発光素子が全体として一つの発散光を放射しているものを用いることもできる。また、単一の発光素子(発光ダイオード)からなるものを用いてもよい。
また、上記の実施例4〜5では、光源レンズ81、光源レンズ81A、光源レンズ100は、いずれもXZ平面に対して面対称に形成されているが、これらを非対称に形成してもよい。また、光源レンズ81、光源レンズ81A、光源レンズ100、における第1中央レンズ部分13、中央レンズ部分43、中央レンズ部分63、第1中央レンズ部分84、第1中央レンズ部分84A、中央レンズ部分101は、当該部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、y成分のみを0に近づけるように作用するが、線状の照射範囲を形成するものであれば、他の成分について作用することを妨げるものではない。
(照明装置)
次に、上記の光源装置を光源モジュールとして搭載する照明装置を説明する。本例の照明装置は、実施例1の光源装置1を光源モジュールとして搭載している。
図27は本発明を適用した照明装置の概観斜視図である。本発明の照明装置200は、地面から直立している支柱201に取り付けられ、例えば、工場において線状に延びる生産ラインを照らすために用いられる。照明装置200は、開口部が下方を向いた状態で支柱201に取り付けられている箱型の上ケース202aと、上ケース202aの下側から開口部を塞ぐように取り付けられている透明な樹脂製の下ケース202bと、これら上ケース202aおよび下ケース202bの内側に収納されている照明装置本体203を備えている。照明装置200は、支柱201に取り付けられている後端部よりも前端部の側が上方に位置しており、照明装置本体203も照明装置200と同様の角度で傾斜している。照明装置200は、照射対象とする平面領域300の斜め上方から、この平面領域300を照らす。照明装置200からは、装置幅方向に長く、装置前後方向の幅が一定の線状照明光が出射される。照射対象とする平面領域300には、線状の照明範囲が形成される。
図28(a)は照明装置200に搭載されている照明装置本体203を下方から見た斜視図であり、図28(b)は図28(a)のA−A線における断面図であり、図28(c)は図28(a)のB−B線における断面図である。図29(a)は光源ユニットの斜視図であり、図29(b)は図29(a)のC−C線における断面図である。図29(c)は図29(a)のD−D線における断面図である。図28(b)、(c)の二点鎖線は照明装置本体203からの線状照明光を示しており、図29(b)、(c)の二点鎖線は光源ユニットからの照明光を示している。照明装置本体203は、図28に示すように、装置幅方向に2列に配置され、前後方向に延びている各列に4個ずつ配置されている光源ユニット204を備えている。各光源ユニット204は、照明装置200の装置幅方向で隣接配置されている一対の光源モジュール205から構成されている。
各光源モジュール205は、図29に示すように、矩形の基板206と、この基板206に形成された配線パターンに接続された発光素子207を備えている。基板206の表面には発光素子207の発光面207aを覆うように光源レンズ208が固定されており、発光素子207は光源レンズ208の内側に収納されている。また、各光源モジュール205は、光源レンズ208に隣接する位置から発光面207aの前方に垂直に延びている第1反射板209と、光源レンズ208に対して第1反射板209が隣接する方向とは直交する方向の両側に配置され、基板206から発光面207aの前方に向けて相互に離れる方向に斜めに延び、第1反射板209に交差している一対の第2反射板210を備えている。各光源モジュール205は、図29(c)に示すように、発光素子207から射出される発散光を、光源レンズ208を介して基板206の前方に放射される第1出射光L11、および、光源レンズ208を介して屈折させられた後に第2反射板210で反射されて基板206の前方に放射される第2出射光L12に配光している。これら第1出射光L11および第2出射光L12は、基板206と第1反射板209のなす角度で広がる一定幅の照明光を形成している。
ここで、光源ユニット204は、2つの光源モジュール205の基板206が鋭角をなす状態で背中合わせに配置されている。すなわち、2つの光源モジュール205のそれぞれに搭載されている光源素子の発光面207aが基板206を挟んで反対側を向くように配置されている。この結果、光源ユニット204は、図29(b)、(c)に示すように、一方の光源モジュール205の基板206から他方の光源モジュール205の基板206までの間の角度で広がる一定幅の線状照明光を形成している。従って、照明装置本体203は、図28(b)、(c)に示すように、装置幅方向の一方の光源ユニット204の一方のモジュールの基板206から、他方の光源ユニット204の他方の光源モジュール205の基板206までの間の角度で広がる一定幅の線状照明光を形成する。
本例では、図29(b)に示すように、1つの光源ユニット204を構成している2つの光源モジュール205の基板206が成す交差角度θは30°となっている。この交差角度θを調整することにより、光源ユニット204が射出する線状照射光の長手方向の照射範囲を設定することができる。なお、2つの光源モジュール205の基板206を平行に配置することもできる。
また、図27に示すように照明装置200が支柱201に傾斜した状態で取り付けられることにより、照明装置本体203が装置前後方向において傾斜しているので、照明装置200による照射範囲は、照明装置本体203が照射対象の平面領域300に対して平行となっている場合と比較して、その短手方向の幅が広くなっている。なお、照射対象の平面領域300に対する照明装置200の前後方向の角度、すなわち、照明装置200を支柱201に取り付ける角度を調整することにより、照明装置200による照射範囲の短手方向の幅を設定できる。
なお、上記の照明装置200は、実施例1の光源装置1を光源モジュール205として搭載しているが、光源モジュールの発光素子207および光源レンズ208として、実施例1の変形例、並びに、実施例2ないし5の実施例および変形例のいずれかの光源素子および光源レンズを搭載してもよい。

Claims (20)

  1. 発散光を射出する発光面を備えた発光素子と、
    前記発光素子の前記発光面を覆う光源レンズとを有し、
    前記発光面の発光中心点を原点とし、前記原点で直交して前記発光面と同一平面上を延びる二軸をX軸およびY軸、前記原点から前記発光面の前方に垂直に延びる軸をZ軸とすると、
    前記光源レンズは、Z軸方向の前方に位置する中央レンズ部分と、この中央レンズ部分におけるY軸方向の両端にそれぞれ形成された側方レンズ部分とを備え、
    前記中央レンズ部分および前記側方レンズ部分のそれぞれは、Y軸を中心として同一断面形状を回転させることにより得られる回転体であり、
    前記中央レンズ部分は、前記発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされており、
    前記側方レンズ部分のそれぞれは、前記発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワーおよび前記発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされていることを特徴とする光源装置。
  2. 請求項1において、
    前記中央レンズ部分は、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光を発散状態のまま通過させるものとされており、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされており、
    前記側方レンズ部分のそれぞれは、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされており、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされていることを特徴とする光源装置。
  3. 請求項1において、
    前記中央レンズ部分は、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状がY軸と平行に直線状に延びており、当該中央レンズ部分の内側面または外側面が前記発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えるフルネルレンズ面とされており、
    前記側方レンズ部分のそれぞれは、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状がY軸と直交する方向に直線状に延びるものとなっており、各側方レンズ部分の内側面または外側面が前記発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワーおよび前記発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えるフルネルレンズ面とされていることを特徴とする光源装置。
  4. 請求項1ないし3のうちのいずれかの項において、
    前記中央レンズ部分および前記側方レンズ部分のそれぞれは、XY平面からX軸のマイナス方向に向かって90°〜180°の角度範囲に渡って形成されていることを特徴とする光源装置。
  5. 請求項1ないし4のうちのいずれかの項において、
    前記中央レンズ部分は、当該中央レンズ部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、y成分のみを0に近づけるように作用するものとされていることを特徴とする光源装置。
  6. 請求項1ないし5のうちのいずれかの項において、
    前記側方レンズ部分は、当該側方レンズ部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、z成分とx成分を0に近づけるように作用するものとされていることを特徴とする光源装置。
  7. 請求項4において、
    前記中央レンズ部分および前記側方レンズ部分のそれぞれは、XY平面から90°の角度範囲に渡って形成されていることを特徴とする光源装置。
  8. 請求項7において、
    前記光源レンズは、前記中央レンズ部分におけるYZ平面上の端面に連続して形成した第2中央レンズ部分と、前記側方レンズ部分のそれぞれにおけるYZ平面上の端面に連続して形成した第2側方レンズ部分とを有しており、
    前記第2中央レンズ部分は、前記中央レンズ部分のYZ平面上の前記端面をX軸のマイナス方向に所定長さだけ平行移動することにより得られる平行移動体であり、
    前記第2側方レンズ部分は、前記側方レンズ部分のYZ平面上の前記端面をX軸のマイナス方向に所定長さだけ平行移動することにより得られる平行移動体であることを特徴とする光源装置。
  9. 請求項4において、
    前記中央レンズ部分および前記側方レンズ部分のそれぞれは、XY平面から180°の角度範囲に渡って形成されていることを特徴とする光源装置。
  10. 発散光を射出する発光面を備えた発光素子と、
    前記発光素子の前記発光面を覆う光源レンズとを有し、
    前記発光面と同一平面上で当該発光面の発光中心点から外れている位置を原点とし、前記原点および前記発光点を通過して延びる軸をX軸、前記原点でX軸に直交して前記発光面と同一平面上を延びる軸をY軸、前記原点でX軸およびY軸と直交して前記発光面の前方に延びる軸をZ軸とすると、
    前記光源レンズは、Z軸方向の前方に位置して前記発光面を前側から覆う中央レンズ部分と、この中央レンズ部分におけるY軸方向の両端にそれぞれ形成された側方レンズ部分とを備え、
    前記中央レンズ部分および前記側方レンズ部分のそれぞれは、Y軸を中心として同一断面形状を回転させることにより得られる回転体であり、
    前記中央レンズ部分は、前記発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされており、
    前記側方レンズ部分のそれぞれは、前記発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワーおよび前記発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされていることを特徴とする光源装置。
  11. 請求項10において、
    前記中央レンズ部分は、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光を発散状態のまま通過させるものとされており、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光をXZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされており、
    前記側方レンズ部分のそれぞれは、X軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光をYZ平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされており、Y軸を含む平面で切断した場合の断面形状が前記発散光をXY平面の方向に屈折させる正のパワーを備えたものとされていることを特徴とする光源装置。
  12. 請求項10または11のうちのいずれかの項において、
    前記中央レンズ部分および前記側方レンズ部分のそれぞれは、XY平面からX軸のマイナス方向に向かって90°の角度範囲に渡って形成されていることを特徴とする光源装置。
  13. 請求項10ないし12のうちのいずれかの項において、
    前記発光面の外周縁の近傍で当該発光面から外れている位置を原点としていることを特徴とする光源装置。
  14. 請求項10ないし13のうちのいずれかの項において、
    前記中央レンズ部分は、当該中央レンズ部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、y成分のみを0に近づけるように作用するものとされていることを特徴とする光源装置。
  15. 請求項10ないし14のうちのいずれかの項において、
    前記側方レンズ部分は、当該側方レンズ部分を通過する光を(x,y,z)成分で表した場合に、z成分とx成分を0に近づけるように作用するものとされていることを特徴とする光源装置。
  16. 請求項1ないし15のうちのいずれかの項において、
    前記光源レンズは、XZ平面に対して面対称の形状をしていることを特徴とする光源装置。
  17. 請求項1ないし16のうちのいずれかの項において、
    前記光源レンズのX軸のマイナス方向に隣接配置された第1反射鏡を有し、
    前記第1反射鏡は、YZ平面と平行で前記光源レンズの側を向いている第1反射面を備えていることを特徴とする光源装置。
  18. 請求項1ないし17のうちのいずれかの項において、
    前記光源レンズのY軸方向の両側に隣接配置された第2反射鏡を有し、
    前記第2反射鏡のそれぞれは、前記光源レンズの側を向き、Z軸の前方に向かってXZ平面から離れる方向に傾斜している第2反射面を備えていることを特徴とする光源装置。
  19. 請求項1ないし18のうちのいずれかの項に記載の光源装置の光源レンズ。
  20. 請求項1ないし16のうちのいずれかの項に記載の光源装置を備える光源モジュールを2つ搭載する光源ユニットを有し、
    前記光源モジュールは、
    基板と、
    前記基板の表面に搭載されている前記発光素子と、
    前記発光素子の発光面を覆う状態に前記基板の表面に搭載されている前記光源レンズと、
    前記基板における前記光源レンズの隣接位置から前記発光面の前方に向けて所定の角度で延びている第1反射板と、
    前記光源レンズに対して前記第1反射板が隣接する方向とは直交する方向の両側に配置され、前記基板から当該発光面の前方に向けて相互に離れる方向に斜めに延び、前記第1反射板に交差している一対の第2反射板とを備えており、
    前記発光素子から射出される発散光は、前記光源レンズを介して前記基板の前方に放射される第1出射光、および、前記光源レンズを介して屈折させられた後に第2反射板で反射されて前記基板の前方に放射される第2出射光に配光され、前記第1出射光および前記第2出射光によって前記基板と前記第1反射板のなす角度で広がる一定幅の照明光を形成するようになっており、
    前記光源ユニットは、2つの前記光源モジュールの前記基板が平行あるいは鋭角をなす状態で背中合わせに配置され、一方の前記光源モジュールの前記基板から他方の前記光源モジュールの前記基板までの間の角度で広がる一定幅の線状照明光を形成するようになっていることを特徴とする照明装置。
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