JP7311746B2 - レンズアレイ及び照明光学装置 - Google Patents

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Description

本開示は、レンズアレイ及び照明光学装置に関する。
近年、LCD(リキッド・クリスタル・デバイス)、LCOS(リキッド・クリスタル・オン・シリコン),DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)等の空間変調素子の応用製品としてADB(配光可変型ヘッドライト)の開発が注目されている。従来の照明光学装置は、発光源と、入射側レンズと、出射側レンズとを備えている。そして、照明光学装置は、入射側レンズの少なくとも1個の開口形状は、被照射面にちょうど結像する形状より小さな形状とし、被照射面の中央部での照度を高く、周辺部を低くするように面分布を調整している。(特許文献1:段落0007参照)。
特開平09-222581号公報
しかし、従来の照明光学装置の構成では、照射分布に偏りを作るために、入射側レンズ及び出射側レンズにおいて隣接する単レンズの大きさが極端に変わる部分が必要となり、隣接する単レンズの接続部分の段差の大きな出射側レンズあるいは入射側レンズの構成となる。そのため、入射側レンズあるいは出射側レンズは、照射分布に偏りを持たせると段差が大きくなり、製造が困難になってしまう。
そこで、本開示に係る実施形態は、照射分布に偏りを持たせたレンズ構成としても大きな段差を形成することがないレンズアレイ及び照明光学装置を提供することを課題とする。
本開示に係る実施形態のレンズアレイは、互いに直交する一方向及び他方向に異なる光学パワーを有する入射レンズを、光学パワーの大きい他方向に整列させた入射レンズ集合体と、互いに直交する一方向及び他方向に異なる光学パワーを有する出射レンズを、前記入射レンズに光学的に対向して設置されると共に、他方向に整列させた出射レンズ集合体と、を備え、前記入射レンズは、照射面において1つ以上のレンズから照射される複数の照射範囲の集合により予め設定された照射領域になるように、レンズ寸法が形成され、前記出射レンズは、前記照射領域を形成する複数の異なる位置に照射される前記照射範囲のいずれかになると共に、前記照射範囲の少なくとも一部が互いに重なるように、レンズ頂点の位置を形成する。
また、本開示に係る実施形態の照明光学装置は、光源からの光路中に配置され前記光源からの光を略平行光とする第1光学部材と、前記レンズアレイと、前記レンズアレイからの光の光路中に配置される第2光学部材と、前記第2光学部材から光を入射して光路を変えて出射する光変調装置と、前記光変調装置からの光を投影する投影レンズとを備えることとした。
本開示の実施形態に係るレンズアレイでは、照射分布に偏りを持たせたレンズ構成としても大きな段差を形成することがない。
本開示の実施形態に係る照明光学装置は、照射分布に偏りを持たせたレンズ構成としても大きな段差を形成することがなく製造も容易となり、例えばヘッドライトに適した照射領域を整形することができる。
第1実施形態に係るレンズアレイと照射領域との関係を模式的に示す説明図である。 第1実施形態に係るレンズアレイを模式的に示す側面図である。 第1実施形態に係るレンズアレイの入射レンズ集合体側を模式的に示す斜視図である。 第1実施形態に係るレンズアレイの出射レンズ集合体側を模式的に示す斜視図である。 第1実施形態に係る入射レンズ及び出射レンズの光学的な対向関係を模式的に示す斜視図である。 第1実施形態に係るレンズアレイの水平方向において照射される光の照射領域の関係を模式的に示す説明図である。 第1実施形態に係るレンズアレイの照射領域の垂直方向における照射位置を説明するための説明図である。 第1実施形態に係るレンズアレイの第1出射レンズ群から出射された光の照射範囲の垂直方向における照射位置を説明するための説明図である。 第1実施形態に係るレンズアレイの第2出射レンズ群から出射された光の照射範囲の垂直方向における照射位置を説明するための説明図である。 第1実施形態に係るレンズアレイの第3出射レンズ群から出射された光の照射範囲の垂直方向における照射位置を説明するための説明図である。 出射レンズ集合体を同じ垂直レンズ幅の出射レンズとして、入射レンズ集合体を他の構成とするレンズアレイの第5変形例を模式的に示す模式図である。 出射レンズ集合体を同じ垂直レンズ幅の出射レンズとして、入射レンズ集合体を他の構成とするレンズアレイの第6変形例を模式的に示す模式図である。 レンズアレイの入射レンズ又は出射レンズをトロイダルレンズで形成した状態を模式的に示す説明図である。 トロイダルレンズの構成を示す斜視図である。 レンズアレイの入射レンズ及び出射レンズがトロイダルレンズを用いた状態を模式的に示す平面図である。 トロイダルレンズとシリンドリカルレンズとの光の照射範囲の関係を説明するための説明図である。 照射範囲の第1変形例により形成される照射領域を模式的に示す模式図である。 照射範囲の第2変形例により形成される照射領域を模式的に示す模式図である。 照射範囲の第3変形例により形成される照射領域を模式的に示す模式図である。 レンズユニットの第7変形例と照射領域とを模式的に示す説明図である。 レンズユニットの第8変形例と照射領域とを模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置の全体を模式的に示す斜視図である。 本実施形態に係る照明光学装置において第1光学部材に反射光学系を用いた構成を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置において第1光学部材に他の反射光学系を用いた構成を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置を一例として自動車のヘッドライトに適用したときのフロント部分の一部を省略して模式的に示す斜視図である。 本実施形態に係る照明光学装置を一例として自動車のヘッドライトに適用したときの第1ヘッドライト、第2ヘッドライト及びベースライトからの光の照射範囲を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置から照射される照射光の一例を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置から照射される照射光の他の一例を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置から照射される照射光の第1明暗状態を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置から照射される照射光の第2明暗状態を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置から照射される照射光の第3明暗状態を模式的に示す説明図である。
以下、発明に係る実施形態について、適宜図面を参照して説明する。但し、以下に説明する形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。また、参照する図面では、一例として、レンズアレイのZ方向及び上下方向を垂直方向、レンズアレイのX方向及び幅方向を水平方向、レンズアレイのY方向を厚み方向として説明する。さらに、レンズアレイは入射レンズ集合体を正面とする。
(レンズアレイの概要及び照射領域の概要)
図1乃至図4に示すように、レンズアレイ10は、互いに直交する一方向(X方向:水平方向)及び他方向(Z方向:垂直方向)に異なる光学パワー(屈折力)を有する入射レンズ11aを、他方向に整列させた入射レンズ集合体11Aと、互いに直交する一方向及び他方向に異なる光学パワーを有する出射レンズ11bを、入射レンズ11aに光学的に対向して設置されると共に、他方向に整列させた出射レンズ集合体11Bと、を備えている。そして、入射レンズ11aは、照射面において1つ以上のレンズから照射される複数の照射範囲の集合により予め設定された照射領域EAになるように、レンズ寸法が形成されている。また、出射レンズ11bは、照射領域EAを形成する複数の異なる位置に照射される照射範囲のいずれかになると共に、照射範囲の少なくとも一部が互いに重なるように、レンズ頂点TLb(図5参照)の位置を形成している。
なお、図1乃至図8Cにおいて、一例として、レンズアレイ10の入射レンズ11aの寸法(サイズ)は、全て同じ水平レンズ幅で、垂直レンズ幅が異なる3種類のものを使用した場合で、出射レンズ11bは、すべて同じ水平レンズ幅でかつ同じ垂直レンズ幅のものを使用した場合について説明する。
また、レンズアレイ10の照射領域EAは、図1に示すように、大きく分けて第1照射範囲E1と、第2照射範囲E2と、第3照射範囲E3とにより設定されている。そして、照射領域EAは、所定の光照射強度の分布となるように設定され、ここでは中央がより光照射強度の強い分布になる、つまり、中央が明るくなるように設定されている。また、レンズアレイ10は、複数のレンズを一群とするレンズ群がレンズ面中心CLに向かうに従って、垂直レンズ幅を小さくするように配置されている。
なお、図2及び図5に示すように、光学的に対向するとは、1つの入射レンズ11aから出た光(BL)を1つの出射レンズ11bに入射させるように対向している位置関係にあることとする。また、ここでは、光の入射方向から見た形状が矩形のレンズを用いた例として説明し、レンズ寸法とは、水平レンズ幅及び垂直レンズ幅であるZ方向及びX方向における寸法を示すこととする。さらに、各図において、光を示す線、及び、光が照射される領域、範囲等を示す線は、理解を助けるために記載しており実際には存在しない。
(入射レンズ)
以下、図1乃至図5を適宜参照して入射レンズ11aについて説明する。
入射レンズ集合体11Aは、複数の入射レンズ11aにより形成されている。入射レンズ11aは、光源側からの光を入射し、光学的に対向する出射レンズ11bに入射した光を供給するものである。入射レンズ11aは、一例として、水平レンズ幅を同じとし、垂直レンズ幅を異ならせた矩形の凸型シリンドリカルレンズで形成されている。凸型シリンドリカルレンズは、直交する一方向となる水平方向には光学パワーである屈折力がなく、直交する他方向である垂直方向に光学パワーである屈折力を有するレンズである。入射レンズ11aは、ここでは、垂直レンズ幅が異なる、第1入射レンズ11a1、第2入射レンズ11a2及び第3入射レンズ11a3を使用している。入射レンズ11aは、垂直方向(Z方向:他方向)に互いに隣接して整列させることで入射レンズ集合体11Aが形成される。なお、入射レンズ11aは、整列させると、図2に示すように、入射レンズ集合体11Aにおいて、入射レンズ面の形状が波型となるように形成している。すなわち、入射レンズ集合体11Aは、入射レンズ面が、対面する出射レンズ集合体11Bに向かって垂直方向における中央が凹となる入射側凹曲面11RA1となり、その両端側が凸である入射側凸曲面11RA2,11RA3となる曲面の波型に形成されている。
なお、入射側凹曲面11RA1及び入射側凸曲面11RA2,11RA3の垂直方向の位置により形成される曲面形状は、入射レンズ11aの垂直レンズ幅の異なるレンズの並び順により異なる。つまり、入射レンズ集合体11Aでは、垂直方向においてレンズ面中心CLに垂直レンズ幅の小さな第3入射レンズ11a3を配置し、レンズ面中心CLから垂直方向の上下端側に向かうに従って垂直レンズ幅が大きくなるように第2入射レンズ11a2及び第1入射レンズ11a1が設置されている。そのため、入射レンズ集合体11Aでは、レンズ面中心CL側に入射側凹曲面11RA1が形成されその上下側に入射側凸曲面11RA2,11RA3が形成される形状となっている。
(第1入射レンズ)
図1乃至図3に示すように、第1入射レンズ11a1は、凸状のシリンドリカルレンズのレンズ頂点TLa(図5参照)の位置が、それぞれ光学的に対向する出射レンズ11bに入射できる位置になるように形成されている。ここでは、第1入射レンズ11a1は、第1照射範囲E1に光を出射する第1出射レンズ11b1に光を供給するように形成されている。第1入射レンズ11a1は、同じ垂直レンズ幅及び同じ水平レンズ幅のレンズを整列させ垂直方向に1個又は複数個が設置されている。一例として、第1入射レンズ11a1は、入射レンズ集合体11Aにおいて、上端側及び下端側から所定数(第1個目及び第2個目)が設置されている。そして、第1入射レンズ11a1は、複数(ここでは2つ)のレンズを1群である第1入射レンズ群11NL1として上端側及び下端側にそれぞれ設置されている。第1入射レンズ群11NL1は、同じ垂直レンズ幅及び同じ水平レンズ幅となる第1入射レンズ11a1が整列することで形成されている。また、第1入射レンズ群11NL1は、垂直方向においてレンズ面中心CLとなる位置から上下対称になるように離れて2カ所に配置されている。
第1入射レンズ群11NL1では、第1入射レンズ11a1からの光を、対向する第1出射レンズ群11UL1の第1出射レンズ11b1に入射させるようにレンズ頂点TLaの位置を形成している。入射レンズ11aは、光学的に対向する出射レンズ11bに光を入射させるようにレンズ頂点TLaの偏芯量が設定されることと、照射領域の範囲を設定するようにレンズサイズが設定されている。つまり、第1入射レンズ11a1は、レンズの中心に対向して第1出射レンズ11b1の中心が配置されている場合には、レンズ頂点TLaの位置は、レンズの中心に一致するように偏芯量なく形成される。また、第1入射レンズ11a1は、レンズの中心に対向して第1出射レンズ11b1の中心が一致していない場合には、レンズ頂点TLaの位置を第1出射レンズ11b1の中心に一致するように偏芯量を調整して偏芯させて形成される。そして、第1入射レンズ11a1のサイズは、第1照射範囲E1の垂直領域を設定する垂直レンズ幅と、レンズの大きさを特定するために所定の水平レンズ幅と、なるように形成されている。ちなみに、第1照射範囲E1は、第1入射レンズ11a1のレンズ幅の略相似形状を複数重ねて整列させその合計した領域として形成されている。入射レンズ11aの垂直レンズ幅は、照射される領域の垂直領域サイズに対応して略相似形状として照射される領域に反映される。また、入射レンズ11aの水平レンズ幅は、レンズの機械的な大きさを設定している。そして、照射される領域の水平領域サイズは、入射レンズ11aに入射する光の入射角度が影響しており、その入射角度が水平領域サイズとして反映されている。
(第2入射レンズ)
第2入射レンズ11a2は、レンズ頂点TLaの位置が、それぞれ光学的に対向する出射レンズ11bに入射できる位置になるように形成されている。ここでは、第2入射レンズ11a2は、第2照射範囲E2を照射する第2出射レンズ11b2に光を供給するように形成されている。第2入射レンズ11a2は、第1入射レンズ11a1と同じ水平レンズ幅で、かつ、第1入射レンズ11a1よりも垂直レンズ幅が小さく形成された凸状のシリンドリカルレンズが用いられている。第2入射レンズ11a2は、入射レンズ集合体11Aのレンズ面中心CLに対して上下対称となるように、整列して配置されている。
図2及び図3に示すように、第2入射レンズ11a2は、一例として、同じ垂直レンズ幅及び同じ水平レンズ幅のレンズが垂直方向に1個又は複数個で整列するように形成されている。また、第2入射レンズ11a2は、入射レンズ集合体11Aにおいて、上端側及び下端側から第1入射レンズ11a1に連続して所定数(第3個目及び第4個目)を整列して設置されている。そして、第2入射レンズ11a2は、2つのレンズにより第2入射レンズ群11NL2を形成している。第2入射レンズ群11NL2は、同じ垂直レンズ幅及び同じ水平レンズ幅となる第2入射レンズ11a2が整列することで形成されている。また、第2入射レンズ群11NL2は、垂直方向においてレンズ面中心CLとなる位置から上下対称になるように離れて2カ所に配置されている。第2入射レンズ11a2のサイズ及び光の入射角度と第2照射範囲E2との関係、及び、レンズ頂点TLaの偏芯量について、既に説明した第1入射レンズ11a1と同様である。
(第3入射レンズ)
第3入射レンズ11a3は、レンズ頂点TLaの位置が、光学的に対向する第3出射レンズ11b3に光を入射するように形成されている。ここでは、第3入射レンズ11a3は、第3照射範囲E3を照射する第3出射レンズ11b3に光を供給するように形成されている。第3入射レンズ11a3は、第2入射レンズ11a2の垂直レンズ幅より小さく形成されている。第3入射レンズ11a3は、同じ垂直レンズ幅のレンズを所定数(第5乃至第8個目)が整列して設置されている。
そして、第3入射レンズ11a3は、複数(ここでは4つ)のレンズを1群である第3入射レンズ群11NL3として垂直方向の中央に設置している。第3入射レンズ群11NL3は、同じ垂直レンズ幅及び同じ水平レンズ幅となる第3入射レンズ11a3が整列することで形成されている。また、第3入射レンズ群11NL3は、垂直方向においてレンズ面中心CLとなる位置から上下対称になるように配置されている。
第3入射レンズ群11NL3では、第3入射レンズ11a3からの光を、対向する第3出射レンズ群11UL3の第3出射レンズ11b3に入射させるようにレンズ頂点TLaの位置を形成している。第3入射レンズ11a3のサイズ及び光の入射角度と第3照射範囲E3との関係、及び、レンズ頂点TLaの偏芯量について、既に説明した第1入射レンズ11a1と同様である。
なお、入射レンズ11aでは、出射レンズ11bに光を入射するようにレンズ頂点TLaの偏芯量を調整するとして説明したが、ここでいう偏芯量を調整するとは、レンズ中心の光軸と重なる位置にレンズ頂点TLaが形成されている場合も含むものである。つまり、入射レンズ11aは、対向する出射レンズ11bに光を供給することができるようにレンズ頂点TLaが形成されていればよい。
(出射レンズ)
次に、出射レンズ11bについて、図1乃至図8Cを適宜参照して説明する。なお、出射レンズ11bは、出射レンズ集合体11Bにおいて、全ての垂直レンズ幅及び全ての水平レンズ幅を同じサイズ(寸法)として設置されている構成として説明する。
出射レンズ11bは、入射レンズ11aからの光を入射して予め設定された方向の照射領域EA(図6及び図7参照)に光を出射するものである。一例として、出射レンズ11bは、入射レンズ11aの光学パワーの大きい側となる焦点近傍の位置に配置される。出射レンズ11bは、ここでは、凸状のシリンドリカルレンズが用いられている。そして、出射レンズ11bは、入射レンズ11aからの光を入射できる光学的に対向する位置にそれぞれが垂直方向(Z方向、他方向)に配置されている。出射レンズ11bは、第1出射レンズ11b1、第2出射レンズ11b2及び第3出射レンズ11b3を備えている。出射レンズ11bは、第1出射レンズ11b1乃至第3出射レンズ11b3を隣接して整列させることで出射レンズ集合体11Bが形成されている。
なお、図2に示すように、出射レンズ11bは、整列させると、出射レンズ集合体11Bにおいて、レンズ面の形状が波型となる。すなわち、出射レンズ集合体11Bは、レンズ面の形状が、水平方向(X方向:一方向)に平行で垂直方向に沿って出射側凸曲面11RB1及び出射側凹曲面11RB2,11RB3の形状を連続して側面視において曲面状である波型となるように形成されている。出射レンズ集合体11Bでは、レンズ面中心CL側に出射側凸曲面11RB1が形成されその上下側に出射側凹曲面11RB2,11RB3が形成される形状となっている。出射レンズ集合体11Bのレンズ面は、入射レンズ集合体11Aのレンズ面に略平行となるように形成されている。また、出射レンズ集合体11Bは、出射レンズ11bが、光学系を介して照射面における照射領域EAを照射するように設置されている。
(第1出射レンズ)
図1乃至図3に示すように、第1出射レンズ11b1は、第1入射レンズ11a1からの光を入射して第1照射範囲E1を照射するものである。第1出射レンズ11b1は、1個又は複数の同じ形状のレンズが整列するように設置されている。一例として、第1出射レンズ11b1は、出射レンズ集合体11Bにおいて、上端側及び下端側から第1個目及び第2個目に整列して形成されている。そして、第1出射レンズ11b1は、複数(ここでは2つ)のレンズを1群である第1出射レンズ群11UL1として形成して上端側及び下端側にそれぞれ設置している。第1出射レンズ群11UL1は、同じ垂直レンズ幅及び同じ水平レンズ幅となる第1出射レンズ11b1が整列することで形成されている。また、第1出射レンズ群11UL1は、垂直方向においてレンズ面中心CLとなる位置から上下対称になるように離れて2カ所に配置されている。
(第1出射レンズ及びその照射範囲)
第1出射レンズ群11UL1では、第1出射レンズ11b1のそれぞれは、第1入射レンズ11a1からの光を入射して照射面において第1照射範囲E1に光を出射させるようにレンズ頂点TLbの位置が形成されている。第1出射レンズ群11UL1では、出射レンズ集合体11Bの上端側及び下端側から第1照射範囲E1に照射した光が重なるように各第1出射レンズ11b1のレンズ頂点TLbがそれぞれ形成されている。
なお、図8Aに示すように、レンズアレイ10では、第1出射レンズ群11UL1は、レンズ面中心CLに対して対称に2カ所に形成されているため、その2カ所の第1出射レンズ群11UL1からの光により第1照射範囲E1を形成している。
(第2出射レンズ)
次に、第2出射レンズ11b2は、第2入射レンズ11a2からの光を入射して第2照射範囲E2に向けて光を照射するものである。第2出射レンズ11b2は、1個又は複数の同じ形状のレンズが整列するように設置されている。一例として、第2出射レンズ11b2は、出射レンズ集合体11Bにおいて、上端側及び下端側から第3個目及び第4個目に整列して形成されている。そして、第2出射レンズ11b2は、複数(ここでは2つ)のレンズを1群である第2出射レンズ群11UL2として形成して上端側及び下端側の第1出射レンズ群11UL1に連続する位置にそれぞれ設置している。第2出射レンズ群11UL2は、垂直方向においてレンズ面中心CLとなる位置から上下対称になるように離れて2カ所に配置されている。
(第2出射レンズ及びその照射範囲)
図1及び図8Bに示すように、第2出射レンズ群11UL2では、第2出射レンズ11b2は、第2照射範囲E2に光を照射できるようにレンズ頂点TLbの位置を偏芯して形成している。そして、第2照射範囲E2は、出射レンズ集合体11Bにおいて2か所の第2出射レンズ群11UL2の各第2出射レンズ11b2から照射される光の集合により形成されている。
(第3出射レンズ)
第3出射レンズ11b3は、第3入射レンズ11a3からの光を入射して第3照射範囲E3に向けて光を照射するものである。第3出射レンズ11b3は、1個又は複数の同じ形状のレンズが整列するように設置されている。一例として、第3出射レンズ11b3は、出射レンズ集合体11Bにおいて、上端側及び下端側から第5個目及び第6個目に整列して形成されている。つまり、第3出射レンズ11b3は、出射レンズ集合体11Bの中央に連続して4つが配置されている。第3出射レンズ11b3は、複数(ここでは4つ)のレンズを1群である第3出射レンズ群11UL3として形成して中央に第2出射レンズ群11UL2に連続して設置している。第3出射レンズ群11UL3は、垂直方向においてレンズ面中心CLとなる位置から上下対称になるように連続して配置されている。
(第3出射レンズ及びその照射範囲)
図1及び図8Cに示すように、第3出射レンズ群11UL3では、第3出射レンズ11b3は、第3照射範囲E3に光を照射できるようにレンズ頂点TLbの位置を形成している。そして、第3照射範囲E3は、出射レンズ集合体11Bにおいて中央の第3出射レンズ群11UL3の各第3出射レンズ11b3から照射される光の集合により形成されている。
(照射領域及び照射範囲)
図1、図8Aに示すように、照射領域EAは、照射面において、第1照射範囲E1と同じ大きさとなるように、設定されている。なお、照射領域EA及び第1照射範囲E1は、線が重なって分かりにくいので、線の位置をずらして示している。照射領域EAは、照射面において、少なくとも一部が重なるように設定された第1照射範囲E1乃至第3照射範囲E3の集合により形成されている。ちなみに、照射領域EAでは、光が照射される領域の中央の光照射強度が一番高くなるように、第1照射範囲E1、第2照射範囲E2及び第3照射範囲E3の中央が重なるように設定されている。つまり、入射レンズ集合体11Aでは、第1照射範囲E1、第2照射範囲E2及び第3照射範囲E3の垂直方向における照射幅となるように、入射レンズ群ごとの入射レンズ11aのそれぞれの垂直レンズ幅が設定されている。そして、出射レンズ集合体11Bでは、出射レンズ11bが、照射領域EAの中央で、第1照射範囲E1、第2照射範囲E2及び第3照射範囲E3のそれぞれの中心が重なって光が照射されるように各レンズ頂点TLbを形成している。
(照射領域)
照射領域EAは、水平方向の照射される範囲が、シリンドリカルレンズのような直交する一方と他方に異なる光学パワー(屈折力)を有する場合には、水平方向の照射される領域が入射レンズ11aに入射される光の角度により設定され、垂直方向の照射される領域が、入射レンズ11aの垂直レンズ幅により設定される。なお、レンズアレイ10では、平行光として光を入射するようにしているが、ここで使用する光源が点光源ではないLEDなので、光源に広がりがあることにより、光に入射角度が形成され、その入射角度により第1照射範囲E1乃至第3照射範囲E3の水平領域の範囲が設定されている。そして、レンズアレイ10では、第1照射範囲E1の垂直方向の照射幅を、第1入射レンズ群11NL1のそれぞれの第1入射レンズ11a1の垂直レンズ幅により設定し、照射方向を第1出射レンズ群11UL1のそれぞれの第1出射レンズ11b1のレンズ頂点TLbの位置で設定している。
従って、レンズアレイ10では、照射領域EA全体に対して中央の光照射強度が高く、照射領域EAの上下端に向かって光照射強度が低くなるように分布を設定でき、所望の階調分布となるように光が出射されることになる。
また、図8A乃至図8Cに示すように、第1照射範囲E1は、長方形の照射領域EAと同等に設定され、レンズアレイ10の上下2カ所に設置された第1出射レンズ群11UL1から光が照射されその集合で形成される。同様に、第2照射範囲E2は、レンズアレイ10の上下2カ所に設置された第2出射レンズ群11UL2から、長方形の照射領域EAの中央領域に向かって照射される光の集合により形成される。同様に、第3照射範囲E3は、レンズアレイ10の中央に設置された第3出射レンズ群11UL3から、長方形の照射領域EAの中央領域に向かって照射される光の集合により形成される。
従って、レンズアレイ10では、照射領域の全体に対して領域中心HCL側の光照射強度が高く、領域上側及び下側に向かうに従って光照射強度が低くなるような分布に設定することを容易に行うことができる。また、照射領域EAである第1照射範囲E1に対して、第2照射範囲E2及び第3照射範囲E3を、50%以下に垂直範囲が設定されることで、照射領域EA内での光照射強度の分布の調整がし易く設定の自由度を高めることができる。
また、レンズアレイ10では、レンズ面中心CLに向かって垂直方向に対称となるように各レンズ群及び各レンズが配置されている。そして、第1出射レンズ11b1乃至第3出射レンズ11b3が、レンズ面中心CLに向かって、水平レンズ幅及び垂直レンズ幅を同等として設定されている。そのため、レンズアレイ10を形成するときにも各レンズを揃え易く、接続し易く形成することが可能となる。なお、レンズアレイ10では、入射側では、3つの垂直レンズ幅が異なるレンズを用い、また、出射側では、垂直レンズ幅が同じレンズを用いて形成することとして説明したが、入射側の垂直レンズ幅は、2つ以上であれば、4~10等その数は限定されない。さらに、レンズアレイ10では、出射側のレンズを入射側のレンズの垂直レンズ幅に合わせて形成するようにしてもよい。
(レンズアレイの変形例)
レンズアレイは、以下に示す変形例としても形成することができる。なお、第1乃至第4の変形例のレンズアレイでは、一例として第1出射レンズ11b1乃至第3出射レンズ11b3を、全て同じ垂直レンズ幅に形成している。
以下に示すレンズアレイは、入射レンズ集合体11Aのレンズ群の並び順を変えて形成される。
例えば、第1の変形例におけるレンズアレイは、垂直方向の中心側に垂直レンズ幅が中間の大きさの第2入射レンズ11a2の第2入射レンズ群11NL2を配置し、第2入射レンズ群11NL2の上下に垂直レンズ幅が最小の第3入射レンズ11a3からなる第3入射レンズ群11NL3を配置してもよい。そして、レンズアレイは、上側の第3入射レンズ群11NL3の上方と、下側の第3入射レンズ群11NL3の下方とに、垂直レンズ幅が最大の第1入射レンズ11a1からなる第1入射レンズ群11NL1をそれぞれ配置してもよい。このレンズアレイでは、各レンズ群が上下対称になるように配置されている。
また、第2の変形例におけるレンズアレイは、垂直方向の中心側にレンズ幅が最小の第3入射レンズ11a3からなる第3入射レンズ群11NL3を配置し、第3入射レンズ群11NL3の上下に垂直レンズ幅が最大の第1入射レンズ11a1からなる第1入射レンズ群11NL1を配置してもよい。そして、レンズアレイは、上側の第1入射レンズ群11NL1の上方と、下側の第1入射レンズ群11NL1の下方とに、垂直レンズ幅が中間の第2入射レンズ11a2からなる第2入射レンズ群11NL2をそれぞれ配置してもよい。このレンズアレイでは、各レンズ群が上下対称になるように配置されている。
さらに、第3の変形例におけるレンズアレイは、垂直方向の中心側に垂直レンズ幅の最大の第1入射レンズ11a1からなる第1入射レンズ群11NL1を配置し、第1入射レンズ群11NL1の上下に垂直レンズ幅が中間の第2入射レンズ11a2からなる第2入射レンズ群11NL2を配置してもよい。そして、レンズアレイは、上側の第2入射レンズ群11NL2の上方と、下側の第2入射レンズ群11NL2の下方とに、垂直レンズ幅が最小の第3入射レンズ11a3からなる第3入射レンズ群11NL3をそれぞれ配置してもよい。このレンズアレイでは、各レンズ群が上下対称になるように配置されている。
そして、第4の変形例におけるレンズアレイは、垂直方向の中心側に垂直レンズ幅の中間の第2入射レンズ11a2からなる第2入射レンズ群11NL2を配置し、第2入射レンズ群11NL2の上下に垂直レンズ幅が最大の第1入射レンズ11a1からなる第1入射レンズ群11NL1を配置してもよい。そして、レンズアレイは、上側の第1入射レンズ群11NL1の上方と、下側の第1入射レンズ群11NL1の下方とに、垂直レンズ幅が最小の第3入射レンズ11a3からなる第3入射レンズ群11NL3をそれぞれ配置してもよい。このレンズアレイでは、各レンズ群が上下対称になるように配置されている。
以上説明した第1乃至第4の変形例の各レンズアレイでは、入射レンズ11aの垂直レンズ幅を3つ異なるサイズとしているので、出射レンズ11bのレンズ頂点TLbの偏芯量を調整して、例えば、図1と同じ照射領域EAの第1照射範囲E1から第3照射範囲E3と同じ範囲に光を照射するようにできる。
また、レンズアレイは、図9A及び図9Bに示す構成としてもよい。なお、図9Aでは、一例として、入射レンズのレンズ幅を同等とすると共に出射レンズのレンズ幅を同等として説明する。また、図9Bでは、一例として、入射レンズのレンズ幅を同等とすると共に出射レンズのレンズ幅を同等とし、かつ、入射レンズのレンズ幅が、出射レンズのレンズ幅よりも小さく形成されることとして説明する。
図9Aに示すように、レンズアレイ10Eは、垂直方向に整列される入射レンズ11a及び出射レンズ11bの垂直レンズ幅を同じとして形成している。そして、レンズアレイ10Eでは、第1照射範囲E1、第2照射範囲E2及び第3照射範囲E3が照射する範囲を徐々に上から下に向かってシフトして設定するように、出射レンズ11bのレンズ頂点TLbが形成されている。さらに、第1照射範囲E1から第3照射範囲E3の集合を照射領域EAとしている。第1照射範囲E1から第3照射範囲E3では、その一部が互いに重なるように形成され、照射領域EAの中央の光照射強度が高くなるように形成されている。なお、レンズアレイ10Eでは、出射レンズ面が、垂直方向の上下端側よりも中央が凹んだ状態に形成されている。
さらに、図9Bに示すように、レンズアレイ10Fは、垂直方向に整列される入射レンズ11aの垂直レンズ幅を同じとして形成し、垂直方向に整列される出射レンズ11bの垂直レンズ幅を同じとして形成し、入射レンズ11aの垂直レンズ幅を出射レンズの垂直レンズ幅よりも小さく形成している。また、レンズアレイ10Fは、入射レンズ面及び出射レンズ面が円周上に沿って円弧状に形成され略同心円状にそれぞれのレンズ面が位置するように形成されている。このレンズアレイ10Fでは、図9Aに示すレンズアレイ10Eの照射領域EAと比較した場合、照射領域EAを同じ面積とすると、第1照射範囲E1から第3照射範囲E3の光照射強度がレンズアレイ10Eよりも高くなっている。これは、入射レンズ11aは、入射レンズ幅がレンズアレイ10Eの入射レンズ11aよりも小さく、出射レンズ11bの出射レンズ幅が、レンズアレイ10E,10Fで同じであるため、照射幅を小さくできる。そのため、レンズアレイ10Fは、光が重なった部分においてレンズアレイ10Eよりも光照射強度を高くすることができる。
以上説明したように、各レンズアレイ10等では、シリンドリカルレンズを用いて形成した例として説明したが、図10A~図10Cに示すように、トロイダルレンズ11tを用いてよい。トロイダルレンズ11tは、入射レンズ及び/又は出射レンズとして用いることができる。なお、各レンズアレイ10,10A~10Fでは、トロイダルレンズ11tを用いた場合には、水平方向において同じ曲率となるレンズを、入射レンズ或いは出射レンズ、入射レンズ及び出射レンズとして用いることができる。トロイダルレンズ11tは、垂直方向に大きな屈折力をもち、垂直方向に直交する水平方向に垂直方向よりも小さな屈折力をもつレンズである。
トロイダルレンズ11tは、出射レンズ11bに用いることで、図11に示すように、レンズアレイは、シリンドリカルレンズを使用した照射領域EASよりも、トロイダルレンズ11tを使用した照射領域EATで示すように照射面積を大きく形成することが可能となる。
図10Cに示すように、トロイダルレンズ11tを入射レンズ及び出射レンズとして用いる場合では、照射領域EAにおいてシリンドリカルレンズを用いた場合よりも照射する領域を広くできる。
(応用例としての照射領域の構成)
また、レンズアレイ10、10E~10Fでは、照射領域EAを第1照射範囲E1~第3照射範囲E3として設定した例として説明したが、例えば、図12A乃至図12Cに示すように、照射範囲が複数の範囲の集合で形成されることや、面積の異なる照射範囲の集合で形成されることとしてもよい。なお、図12Cでは、照射範囲を示す線が重なって分かりにくくなるため、照射される水平方向の範囲を変えて示しているが、同じ水平方向の範囲に光が照射されているものとして説明する。
例えば、図12Aに示すように、第2照射範囲E2を、第1照射区分E2a及び第2照射区分E2bの集合としてもよい。この場合、例えば、レンズアレイ10であれば、2つある第2出射レンズ11b2の一方で第1照射区分E2aを照射することとし、2つある第2出射レンズ11b2の他方で第2照射区分E2bを照射するようにレンズ頂点TLbの偏芯量を調整することで形成することができる。
また、図12Bに示すように、第1照射範囲E1及び第2照射範囲E2により照射領域EAの全体の領域を形成し、第3照射範囲E3により照射領域EAの中央の光照射強度を高くするように設定することとしてもよい。この場合、例えば、第1入射レンズ及び第2入射レンズの垂直レンズ幅を同じとし、第3入射レンズの垂直レンズ幅を小さくし、出射レンズのレンズ頂点TLbの偏芯量を調整することで照射方向を設定するように形成することができる。
そして、図12Cに示すように、第1照射範囲E1を第1照射区分E1a及び第2照射区分E1bから形成し、第2照射範囲E2を第1照射区分E2a及び第2照射区分E2bから形成し、第3照射範囲E3を第1照射区分E3a及び第2照射区分E3bとから形成するようにしてもよい。この場合、例えば、レンズアレイ10であれば、それぞれ2つずつある第1出射レンズ11b1~第3出射レンズ11b3の一方と他方を、第1照射区分及び第2照射区分に振り分けることで形成することができる。
さらに、図13A及び図13Bに示すようなレンズアレイ10G,10Hの構成であってもかまわない。なお、図13Bに示す第1照射範囲E1と第2照射範囲とにおいて、線が重なって分かりにくくなるために、水平方向の大きさを適宜変えて示しているが、同じ水平方向の範囲に光が照射されるものとして説明する。
図13Aに示すように、レンズアレイ10Gは、入射レンズ集合体11Aを第1入射レンズ11a1及び第2入射レンズ11a2により形成している。そして、第1入射レンズ11a1の垂直レンズ幅を第2入射レンズ11a2の垂直レンズ幅よりも大きく形成している。また、レンズアレイ10Gは、出射レンズ集合体11Bを、垂直レンズ幅を同じにした出射レンズ11bにより形成している。
レンズアレイ10Gは、出射レンズ11bからの光により照射面において所定の照射領域EAとなるように設定され、照射領域EAを、第1照射範囲E1及び第2照射範囲E2により形成している。そして、照射領域EAでは、第1照射範囲E1の一部に第2照射範囲E2の一部が重なるように形成されている。つまり、レンズアレイ10Gでは、一方の出射レンズ11bのレンズ頂点TLbの位置を第1照射範囲E1に向けて照射するように形成すると共に、他方の出射レンズ11bのレンズ頂点TLbの位置を第2照射範囲E2に向けて照射するように形成されている。
また、図13Bに示すように、レンズアレイ10Hは、入射レンズ集合体11Aとして、垂直レンズ幅が互いに異なる、第1入射レンズ11a1及び第2入射レンズ11a2を備え、出射レンズ集合体11Bとして、垂直レンズ幅が同じ出射レンズ11bを備えている。第1入射レンズ11a1は、垂直方向において上端と下端に配置されている。第2入射レンズ11a2は、垂直方向において中央に3つのレンズが配置されている。そして、第2入射レンズ11a2は、3つのレンズにより第2入射レンズ群11NL2を形成している。出射レンズ11bは、垂直方向において上端と下端とに配置される第1出射レンズ11b1が第1入射レンズ11a1からの光を入射し、中央に配置される3つの第2出射レンズ11b2が第2入射レンズ11a2からの光を入射するように形成されている。また、中央の3つの第2出射レンズ11b2は、第2出射レンズ群11UL2を形成している。このレンズアレイ10Hでは、単体のレンズと、複数のレンズからなるレンズ群とにより形成されている。
レンズアレイ10Hのよる照射領域EAは、例えば、第1照射範囲E1及び第2照射範囲E2の集合により形成される。そして、第1照射範囲E1は、第1照射区分E1aと第2照射区分E1bとにより形成される。また、第2照射範囲E2は、第1照射区分E2aと、第2照射区分E2bと、第3照射区分E2cとにより形成されている。
レンズアレイ10Hでは、一方の第1出射レンズ11b1が第1照射範囲E1の第1照射区分E1aに光を照射するようにレンズ頂点TLbの偏芯量を調整して形成され、他方の第1出射レンズ11b1が第2照射区分E1bに光を照射するようにレンズ頂点TLbの偏芯量を調整して形成されている。
また、レンズアレイ10Hでは、第2照射範囲E2の第1照射区分E2a乃至第3照射区分E2cのそれぞれに光を照射するように、第2出射レンズ11b2のそれぞれがレンズ頂点TLbの偏芯量を調整して形成されている。
以上の説明のように、図13Aで示すレンズアレイ10Gでは、最小の構成として2つの入射レンズ及び2つの出射レンズを備えていればよく、単レンズの集合で形成することができる。また、図13Bで示すレンズアレイ10Hでは、単レンズ及びレンズ群による組み合わせにより形成することができる。
従って、図1乃至図13Bまでで説明してきた各レンズアレイでは、単レンズのみ、或いは、レンズ群のみ、更に、単レンズ及びレンズ群により形成することが可能である。
(照明光学装置)
次に、図14を参照して照明光学装置100について説明する。なお、ここでは、レンズアレイ10を一例として使用する構成として説明するが、勿論、他のレンズアレイを用いてもよい。
照明光学装置100は、例えば、車両や船舶あるいは航空機の各種灯具として使用される。照明光学装置100は、光源20からの光路中に配置され光源20からの光を略平行光とする第1光学部材30と、第1光学部材30からの光を入射して所望の光照射強度の分布として出射するレンズアレイ10と、レンズアレイ10からの光の光路中に配置される第2光学部材55と、第2光学部材55から光を入射して光路を変えて出射する光変調装置60と、光変調装置60からの光を投影する投影レンズ70とを備えている。なお、光源20から投影レンズ70までがフレーム内に収納された状態となっている。
光源20は、例えば白色の光を出射するように構成されている。光源20は、例えば、発光素子をパッケージに収納して透光性部材を設けた発光装置が使用されている。ここで使用される発光素子は、公知のものを利用でき、例えば、発光ダイオードやレーザダイオードを用いるのが好ましい。また、発光素子は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、窒化物系半導体(InXAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)、GaPを用いたものを用いることができる。さらに、赤色の発光素子としては、他にもGaAlAs、AlInGaPなどを用いることができる。なお、発光素子は、前記した以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。発光素子は、組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。
また、パッケージは、例えば発光素子を実装するリードフレームや配線等の導電部材と、セラミックスや樹脂成形体により形成されている。パッケージの樹脂成形体は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等を用いた反射性部材が使用されている。パッケージのセラミックスはアルミナや窒化アルミニウムが使用される。そして、導電部材を介して発光素子と外部との電気的な接続を行う。透光性部材は、リードフレームのインナーリード部分に実装された発光素子を覆うように設けられる。透光性部材は、蛍光体等の波長変換部材や拡散材を含有する構成としてもよい。
第1光学部材30は、一例として、コリメートレンズが使用され、ここでは第1コリメートレンズ31及び第2コリメートレンズ32により光源20からの光を平行光にしている。ここで使用されるコリメートレンズは、光源20からの光を平行光にできる構成であれば、凹レンズ及び凸レンズの組み合わせや、凸レンズの組み合わせ等、複合レンズで構成されるものや単レンズで構成されるものであっても構わない
レンズアレイ10は、既に説明した構成を備えている。このレンズアレイ10により所望の光照射強度の分布が光変調装置60の照射面に照射されるように設定されている。なお、レンズアレイ10は、所望の光照射強度の分布が得られるものであれば、レンズ群の数やレンズ列の数を制限されるものではない。また、レンズアレイ10は、入射レンズ集合体11Aのレンズ面の形状あるいは出射レンズ集合体11Bのレンズ面の形状が特に限定されるものではない。
第2光学部材55は、レンズアレイ10からの光を光変調装置60に照射面に入射させるようにレンズアレイ10と光変調装置60との間の光路中に配置されている。この第2光学部材55は、ここでは、凹レンズ40及び反射鏡50を使用している。凹レンズ40は、レンズアレイ10からの光を光変調装置60に重畳させるためのレンズである。この凹レンズ40は、レンズアレイ10から出射した光を、反射鏡50を介して光変調装置60の照射面に合せた範囲となるように集光させている。反射鏡50は、光変調装置60への入射角度を調整するものである。
光変調装置60は、レンズアレイ10で所望の光照射強度の分布として第2光学部材55を介して送られてきた光を、光路を変えて、かつ、配光可変可能として出力することができる。この光変調装置60は、例えば、DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)である。光変調装置60は、複数のマイクロミラーを制御して光を出したい部分と光を出したくない部分とを調整することができる。光変調装置60は、送られてきた光が既に所望の光照射強度の分布を形成しているので、100%階調で分布成形でき光束のロスがない状態で光をマイクロミラーで反射して投影レンズ70に送り出すことができる。つまり、光変調装置60では、例えば、ヘッドライトで求められている光度分布として、全体の照射領域の中央の光照射強度が高く、照射領域の周縁に向かって光照射強度が低くなるような分布に偏りを持つ特性を光束のロスがない状態として実現することができることになる。なお、光変調装置60は、反射鏡50により反射した光を投影レンズ70に反射して送るように一例として形成されている。
投影レンズ70は、光変調装置60から送られてきた光を拡大して結像面に出射するものである。この投影レンズ70は、単一レンズあるいは複合レンズで構成されていてもよい。そして投影レンズ70は、予め設定された距離の結像面に光変調装置60で送られる所望の光照射強度の分布の状態の光を送りだす。
以上の構成を備える照明光学装置100では、光源20からの光を所望の光照射強度の分布にレンズアレイ10を介して調整し、光変調装置60により光束のロスがない状態で出力し投影レンズ70により外部に光を照射することができる。また、レンズアレイ10は、大きな段差を形成することがなく形成が容易となる。
(照明光学装置の変形例)
なお、照明光学装置100では、第1光学部材30として、図15A及び図15Bに示すような構成であってもよい。
図15Aに示すように、第1光学部材30Aとして、放物面反射鏡33を備える構成であってもよい。放物面反射鏡33は、光源20から照射された光を反射して平行光としてレンズアレイ10に入射させるように配置される。なお、放物面反射鏡33を用いるときには、光源20からの光を、放物面反射鏡33に向かって照射するように光源20が設置される。そして、光源20は、放物面反射鏡33の焦点位置に配置される。
図15Bに示すように、第1光学部材30Bとして、楕円反射鏡34を備える構成であってもよい。楕円反射鏡34は、楕円曲面の上半分を用いて光源20からの光を平行光として反射する。光源20は、楕円反射鏡34に向かって照射した光が平行光となる角度と位置に設置される。
(各構成の変形例)
以上説明したように、レンズアレイ10,10E~10H及び照明光学装置100では、前記した各構成に限定されるものではない。
例えば、照射範囲は、2つから3つの集合により照射領域となるように説明したが、それ以上の複数で照射領域を形成することとしてもよい。また、各照射範囲は、複数の照射区画から設定されるようにしてもよい。各照射範囲は、単独の照射範囲と、複数の照射区画からなる照射範囲とのいずれからなる設定でもよい。また、照射領域は、複数の照射範囲を異なる照射面積として説明したが、同じ照射面積の範囲を、出射位置を変えることで設定されるようにしても構わない。さらに、レンズアレイの各レンズ群は、水平レンズ幅を揃えていれば、垂直レンズ幅が徐々に大きくなる順番に、あるいは、徐々に小さくなる順番に配置しなくてもよい。つまり、レンズアレイは、例えば、奇数番目のレンズ群の後に偶数番目のレンズ群を配置してレンズ面中心CLから上下対称となるように設定してもよい。そして、レンズアレイ10,10E乃至10Hでは、レンズ面中心CLから垂直方向に対称として、レンズ群が2組で同じ照射する領域あるいは範囲に光を出射するとして説明したが、1組のレンズ群により1つの照射する領域あるいは範囲に光を出射する構成としてもよい。
さらに、各レンズアレイは、レンズ幅を列方向あるいは行方向のいずれか一方で揃えることと併せて、レンズ群の数や、そのレンズ群を構成するレンズの数を全て同じにすることや、一部を異なる数にすることや、全て異なるようにしてもよい。つまり、レンズ群のレンズ数を調整することで、照射領域EAに対する設定の自由度が向上する。また、各レンズアレイは、入射レンズ集合体と出射レンズ集合体を一体に形成した構成であっても、別体に形成して接続部材を介して間を開けて所定間隔に接合する構成であってもよい。
また、照明光学装置100では、光変調装置60としてDMDを例示して説明したがその他の装置である例えば空間光変調器等であってもよい。
なお、前記したレンズアレイを用いた照明光学装置100は、一例として、自動車のフロント部分に使用するヘッドライトとして用いることができる。例えば、図16乃至図19Cに示すように、ヘッドライト300の第1ヘッドライト301として使用される場合に、光源からレンズアレイ10を介して、光変調装置(DMD等)60に送られてくる光のオンオフを行い、照射される光の状態を制御して使用することができる。なお、ヘッドライト300は、例えば、光変調装置60を有する照明光学装置100からの照射光を用いる第1ヘッドライト301と、LED等(例えばCOB[チップオンボード]タイプのLED)の光源を使用する第2ヘッドライト302と、LED等の光源が使用されるベースライト303とを備えている。
そして、ヘッドライト300からの照射領域は、図17に示すように、第1ヘッドライト301では、車が左側通行である場合、車道Lrdにおいて、路面RSのセンターラインRCLと車線の幅を示す一方のサイドラインSL1との左側車線領域で車から正面となる第1領域DM10の範囲に光を照射する。また、ヘッドライト300は、第2ヘッドライトからの光を、第1領域DM10よりも広い範囲で、両方のサイドラインSL1、SL2よりも広い領域となる第2領域CLEに照射するように設定されている。さらに、ヘッドライト300は、ベースライト303からの光を、第1領域DM10よりも車から手前となる位置から第2領域CLEに届く範囲で、第2領域CLEよりも広い第3領域BLEとなるように照射している。
ヘッドライト300は、ここでは、第1ヘッドライト301、第2ヘッドライト302、ベースライト303の光を照射する一部の領域が重なるように照射範囲を設定しているが、いずれか一つの領域、或いは、全部の領域が重なることがなく設定されてもよく、特に限定されるものではない。また、ヘッドライト300は、第1ヘッドライト301のみで構成されることや、第1ヘッドライト301及び第2ヘッドライトの組み合わせ、或いは、第1ヘッドライト及びベースライト303の組み合わせで構成されてもよい。
そして、第1ヘッドライト301では、DMDなどの反射鏡を複数有する光変調装置60を制御することで、路面RSに光で文字や記号等を表示すると共に照明光として照射することができる。一例として、図18Aに示すように、第1ヘッドライト301では、光変調装置60を制御して、第1領域DM10の所定の範囲を照明光とし、第1領域DM10の残りの範囲を、路面RSに光を照射してスピードメータM10を表示する光とすることもできる。同様に、図18Bに示すように、第1ヘッドライト301により、第1領域DM10の一部の範囲で照明光を照射すると共に、第1領域DM10の残りの範囲で路面RSに右折表示及び距離表示M11を光で表示する等、予め設定される所望の表示を光で示すことができる。なお、光変調装置60では、第1領域DM10を照射する範囲に整列する複数の反射鏡を制御することで、照明光や文字等の表示する光を形成している。
さらに、第1ヘッドライト301では、光変調装置60を制御することで、光を照射する第1領域DM10の範囲において、光を照射したくない部分のみを消灯した状態とすることもできる。例えば、図19Aに示すように、第1ヘッドライト301から光を照射し、第1領域DM10において、中央から下半分の範囲を照明光領域LE1として使用する。そして、第1領域DM10において、照明光領域LE1の上端部分でカットラインCUTを形成する。このようにカットラインCUTを第1領域DM10に形成することで、対向車線に対向車が存在するときには、対向車の運転手が眩しくないようにすることもできる。
また、図19Bに示すように、第1ヘッドライト301から光を照射して第1領域DM10の中央から上半分の範囲を照明光領域LE2として使用する。そして、第1領域DM10の下半分において光で表示してセンターラインRCLの部分M12を表示すると共に、対向車線の対向車の運転手が眩しくないように対向車の領域N12を消灯した状態とすることも可能となる。なお、図19Bでは、右側通行の場合における第1ヘッドライト301からの光による第1領域DM10として示している。
さらに、図19Cに示すように、第1ヘッドライト301から光を照射して第1領域DM10の上半分の範囲を照明光領域LE3とし、下半分の範囲を光による文字等の表示する領域として使用することもできる。そして、第1領域DMにおいて、光による表示の例として、矢印及び制限速度の文字記号表示部M13と、センターラインRCLの第1標識表示部M14やサイドラインSL1,SL2の第2標識表示部M15,M16を路面RSに表示することができる。
なお、照明光学装置100では、ヘッドライトでの効率として以下のような一例としての数値となる。すなわち、第1ヘッドライトの光源を、電流値5A、ジャンクション温度88℃のときに光束が3701lmのLEDとし、デューティ―比92%で駆動した場合、ヘッドライト駆動時のLEDの光束は3405lm[3701×0.92]となる。このとき、ヘッドライト駆動時の灯具光束は1587lmとなり、効率は46.6%(1587lm/3405lm)である。
以上、照明光学装置100を自動車のヘッドライトとして使用した一例について、説明したが、図面で例示した以外であっても光を照射して様々な文字や図形を表示することができる。また、照明光学装置100は、自動車のヘッドライトに限定されるものではなく、光を照射するスポットライトやディスプレイ等様々な使用対応ができることは勿論である。
本発明に係るレンズアレイ及び照明光学装置は、オートバイ、自動車等の車両あるいは船舶、航空機等の乗り物の各種灯具用光源の光学系あるいは照明装置として使用することができる。また、その他、スポットライト等の各種照明用光源、ディスプレイ用光源、車載部品、室内照明、屋外照明など、種々の光源に用いる光学系あるいは照明装置に使用することができる。
10,10E~10H レンズアレイ
11A 入射レンズ集合体 11B 出射レンズ集合体
11a 入射レンズ 11b 出射レンズ
11a1 第1入射レンズ 11b1 第1出射レンズ
11a2 第2入射レンズ 11b2 第2出射レンズ
11a3 第3入射レンズ 11b3 第3出射レンズ
11NL1 第1入射レンズ群 11UL1 第1出射レンズ群
11NL2 第2入射レンズ群 11UL2 第2出射レンズ群
11NL3 第3入射レンズ群 11UL3 第3出射レンズ群
11RA1 入射側凹曲面 11RB1 出射側凸曲面
11RA2 入射側凸曲面 11RB2 出射側凹曲面
11RA3 入射側凸曲面 11RB3 出射側凹曲面
12 レンズ上枠部 13 レンズ下枠部
14 レンズ左側枠部 15 レンズ右側枠部
20 光源 30 第1光学部材
31 第1コリメートレンズ 32 第2コリメートレンズ
40 凹レンズ 50 反射鏡
55 第2光学部材 60 光変調装置
70 投影レンズ 100 照明光学装置
CL レンズ面中心
E1 第1照射領域 E2 第2照射領域
EA,EA1,EA2 照射領域 HCL 領域中心
TLb 出射レンズのレンズ頂点 TLa 入射レンズのレンズ頂点

Claims (19)

  1. 互いに直交する一方向及び他方向に異なる光学パワーを有する入射レンズを、光学パワーの大きい他方向に整列させた入射レンズ集合体と、
    互いに直交する一方向及び他方向に異なる光学パワーを有する出射レンズを、前記入射レンズに光学的に対向して設置されると共に、他方向に整列させた出射レンズ集合体と、を備え、
    前記入射レンズは、照射面において1つ以上のレンズから照射される複数の照射範囲の集合により予め設定された照射領域になるように、レンズ寸法が形成され、
    前記出射レンズは、前記照射領域を形成する複数の異なる位置に照射される前記照射範囲のいずれかになると共に、前記照射範囲の少なくとも一部が互いに重なるように、レンズ頂点の位置を形成し、
    前記入射レンズ集合体において、隣接するレンズ間において段差を生じないように、前記入射レンズは、他方向の中心から他方向の両端側に向かうに従って他方向のレンズ幅が大きくなるように、他方向のレンズ幅が異なる入射レンズを備え、
    前記出射レンズ集合体において、隣接するレンズ間において段差を生じないように、前記出射レンズは、他方向のレンズ幅が同等に形成されている、レンズアレイ。
  2. 前記入射レンズ集合体において、前記入射レンズは、前記複数の照射範囲においてそれぞれの照射範囲で他方向に沿った照射幅が異なるように、他方向のレンズ幅を異ならせて形成される請求項1に記載のレンズアレイ。
  3. 前記入射レンズ集合体において、前記入射レンズは、前記照射領域の中心を同じにした前記照射範囲の大きさが異なる複数の前記照射範囲となるように、他方向のレンズ幅を形成し、
    前記出射レンズ集合体において、前記出射レンズは、前記照射領域の中心を同じにした前記照射範囲の大きさが異なる複数の前記照射範囲に光を照射するように、レンズ頂点の位置を形成する請求項1に記載のレンズアレイ。
  4. 前記入射レンズ集合体は、前記入射レンズの複数を1群とする入射レンズ群ごとに、前記複数の照射範囲のいずれかを形成するようにレンズ幅が形成される請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のレンズアレイ。
  5. 前記入射レンズ集合体は、前記複数の照射範囲のいずれかとなるように、前記入射レンズのレンズ幅及び前記入射レンズの複数を1群とする入射レンズ群における入射レンズのレンズ幅が形成される請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のレンズアレイ。
  6. 前記入射レンズ集合体において、他方向における中央に他方向の前記レンズ幅の最小となる前記入射レンズ群が配置されると共に、他方向における両端側に他方向の前記レンズ幅の最大となる前記入射レンズ群が配置され、
    前記出射レンズ集合体において、他方向における中央の前記出射レンズが、前記照射領域において最小となる照射範囲に光を照射するようにレンズ頂点の位置を形成すると共に、他方向における両端側の前記出射レンズが、前記照射領域において最大となる照射範囲に光を照射するようにレンズ頂点の位置を形成する請求項4又は請求項5に記載のレンズアレイ。
  7. 前記入射レンズ群のそれぞれは、入射レンズの数が同じ数により形成され、
    前記入射レンズ群を形成する入射レンズと、前記出射レンズの数とが同じ数になるように形成される請求項4乃至請求項6のいずれか一項に記載のレンズアレイ。
  8. 前記入射レンズ群は、少なくとも1つの入射レンズ群が他の入射レンズ群と異なる入射レンズの数で形成され、
    前記出射レンズは、前記入射レンズ群を形成する入射レンズの数と同じ数となる請求項4乃至請求項6いずれか一項に記載のレンズアレイ。
  9. 前記出射レンズは、前記照射領域の中央の光照射強度が高く、前記照射領域の周縁に向かって光照射強度が低くなる分布となるように、前記出射レンズのレンズ頂点の位置を形成する請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のレンズアレイ。
  10. 前記入射レンズ集合体の入射レンズ面は、対向する出射レンズ集合体に向かって他方向における中央が凹となり両端側が凸となる曲面に形成され、
    前記出射レンズ集合体の出射レンズ面は、前記入射レンズ面と平行となる曲面を形成する請求項1に記載のレンズアレイ。
  11. 前記出射レンズは、前記入射レンズの前記光学パワーの大きい側となる焦点近傍の位置に配置される請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のレンズアレイ。
  12. 前記入射レンズ集合体の入射レンズ又は前記出射レンズ集合体の出射レンズは、トロイダルレンズが用いられ、
    前記他方向に整列するトロイダルレンズは、前記一方向に同じ曲率で形成されている請求項1に記載のレンズアレイ。
  13. 互いに直交する一方向及び他方向に異なる光学パワーを有する入射レンズを、光学パワーの大きい他方向に一列で整列させた入射レンズ集合体と、
    互いに直交する一方向及び他方向に異なる光学パワーを有する出射レンズを前記入射レンズに光学的に対向して設置されると共に、他方向に一列で整列させた出射レンズ集合体と、を備え、
    前記入射レンズは、照射面において1つ以上のレンズから照射される複数の照射範囲の集合により予め設定された照射領域になるように、レンズ寸法が形成され、
    前記出射レンズは、前記照射領域を形成する複数の異なる位置に照射される前記照射範囲のいずれかになると共に、前記照射範囲の少なくとも一部が互いに重なるように、レンズ頂点の位置を形成し、
    前記入射レンズ集合体において、隣接するレンズ間において段差を生じないように、前記入射レンズは、他方向のレンズ幅が異なる第1入射レンズ及び第2入射レンズを備え、
    前記出射レンズ集合体において、隣接するレンズ間において段差を生じないように、前記出射レンズは、他方向のレンズ幅が同等に形成されているレンズアレイ。
  14. 前記第1入射レンズは、第1入射レンズの他方向におけるレンズ幅が、前記第2入射レンズの他方向におけるレンズ幅よりも広く、前記第1入射レンズが前記第2入射レンズよりも前記他方向において中心よりも両端側に配置され、
    前記第2入射レンズの数が前記第1入射レンズの数よりも多く配置され、
    前記第1入射レンズ及び前記第2入射レンズの数と、前記出射レンズの数が同じである請求項13に記載のレンズアレイ。
  15. 前記第1入射レンズは、第1入射レンズの他方向におけるレンズ幅が、前記第2入射レンズの他方向におけるレンズ幅よりも広く、
    前記第1入射レンズ及び前記第2入射レンズは、それぞれが一つずつ隣接して配置され、
    前記出射レンズは、前記第1入射レンズ及び前記第2入射レンズに対向して2つが配置され、
    前記出射レンズの一方から照射される照射範囲と、前記出射レンズの他方から照射される照射範囲とが、中央で重なるように、前記出射レンズのレンズ頂点の位置を形成する請求項13に記載のレンズアレイ。
  16. 光源からの光路中に配置され前記光源からの光を平行光とする第1光学部材と、請求項1乃至請求項15のいずれか一項に記載のレンズアレイと、前記レンズアレイからの光の光路中に配置される第2光学部材と、前記第2光学部材から光を入射して光路を変えて出射する光変調装置と、前記光変調装置からの光を投影する投影レンズとを備える照明光学装置。
  17. 前記光源は、発光ダイオード又はレーザダイオードである請求項16に記載の照明光学装置。
  18. 前記第1光学部材は、前記光源からの光を平行光とするコリメートレンズである請求項16に記載の照明光学装置。
  19. 前記第1光学部材は、前記光源からの光を反射して平行光とする反射鏡である請求項16に記載の照明光学装置。
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