JP7349634B2

JP7349634B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP7349634B2
Application number: JP2019173720A
Authority: JP
Inventors: 要介荒木; 龍馬村瀬; 和政高田; 純平井; 博司海路; 博司濱野
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2023-09-25
Anticipated expiration: 2039-09-25
Also published as: US20210088194A1; US11054101B2; JP2023160869A; JP2021051898A

Description

本発明は、カットオフ機能を有する照明装置に関するものである。

従来より、カットオフ機能を備える照明装置が存在する。例えば、屋外のグラウンドに用いられる投光器等では、グラウンド周辺部へ光が漏れないように、所定方向に照射される光がカットされている。

特許文献１では、第１レンズに形成された第２反射面によって、第１レンズの上部に入射された光を下側に反射させて、第２レンズの上部に入射される光をカットしている。また、第２反射面によって反射された光は、第２反射面によって反射されなかった光と重ね合わせられて、第２レンズの下部に入射される。第２レンズの入光部が凸状に形成されているため、第２レンズの側壁（側面部）に対して入射される光を低減できる。これにより、特許文献１では、迷光や光学効率の低下を防止している。

特開２０１８－２０６６００号公報

ところで、特許文献１における第１レンズの出射面は平面となっているが、第１レンズを成形加工で作成すると、第１レンズの出射面にヒケが発生しやすい。特に、第１レンズの製造時間を短縮するために、第１レンズを急激に冷却すると、第１レンズの出射面が凹状になりやすい。

また、第２レンズは、金型成形により作成する場合、出射面の上部に加工Ｒが付与される。第２レンズを、側面部分と出射面部分とで別々に作成することで、加工Ｒを抑制することもできるが、金型を複数作成しなければならず、コストが大幅に増加する。

第１レンズの出射面が凹状となり、第２レンズの出射面に上部に加工Ｒが付与された場合、発光素子から第１レンズの出射面に入射された光は、第１レンズの凹レンズ効果により、第１レンズの出射面において上側に屈折され、第２レンズの出射面に形成された加工Ｒにより、第２レンズの出射面においてさらに上側に屈折される。このため、第２レンズの出射面から上方に向けて光が照射されることとなり、迷光が発生することとなる。

本発明は、カットオフ機能を有する照明装置において、コストを抑えつつ、迷光の発生を抑えることができる照明装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る照明装置は、発光素子と、前記発光素子から出射された光を受けて、第１出射光を出射する第１レンズと、前記第１出射光を受けて、第２出射光を出射する第２レンズとを備える。前記第１レンズは、前記第１出射光を出射する第１出射面が、前記発光素子の光軸方向に突出する凸形状に形成されている。

本実施形態に係る照明装置の側面図。本実施形態に係る第２レンズと拡散板との平面図。従来の照明装置の側面図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

図１は本実施形態に係る照明装置の側面図を示し、図２は本実施形態に係る第２レンズと拡散板との平面図を示す。図１に示すように、本照明装置は、発光素子１と、第１レンズ２と、第２レンズ３と、拡散板４とを備える。なお、以下の説明において、Ｚ方向は発光素子１の光軸が延びる方向、Ｙ方向は上下方向、Ｘ方向はＹ方向およびＺ方向と垂直をなす方向をそれぞれ示す。また、第１レンズ２、第２レンズ３および拡散板４は、それぞれ、透明な樹脂を用いて作成される。第１レンズ２、第２レンズ３および拡散板４は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリ塩化ビニール、ＡＢＳ樹脂、アクリル、ポリアミド、ポリーカーボネード、テフロン（登録商標）等を用いて作成される。

発光素子１は、ＬＥＤ等で構成され、Ｚ方向に光軸を有する。

第１レンズ２は、発光素子１から出射された光を受けて、第２レンズ３に第１出射光を出射する。具体的に、第１レンズ２は、第１入射口２１と、第１出射面２２と、第１入射口２１と第１出射面２２との間に設けられた第１側面部２３とを有する。

第１入射口２１は、第１レンズ２の図面左側に形成されており、発光素子１を囲むように凹状に形成されている。第１入射口２１は、発光素子１から出射された光を受ける。

第１側面部２３は、第１反射面２４と、第２反射面２５とを含む。

第１反射面２４は、第１入射口２１の開口の上端部から図面右斜め上方およびＸ方向に広がるように形成されている。第１反射面２４は、第１入射口２１から第１レンズ２に入射した光を、第１出射面２２側または第２反射面２５側に反射させる。

第２反射面２５は、第１出射面２２の下端部から図面左斜め下方およびＸ方向に広がるように形成されている。第２反射面２５は、第１入射口２１から第１レンズ２に入射した光を、第１出射面２２側に反射させる。また、第２反射面２５は、第１反射面２４によって反射された光を第１出射面２２側に反射させる。

第１出射面２２は、第１レンズ２の図面右側に形成されている。第１出射面２２は、発光素子１から出射された光、第１反射面２４により反射された光、および、第２反射面２５により反射された光を、第１出射光として第２レンズ３に出射する。また、第１出射面２２は、Ｘ方向における曲率と、Ｙ方向における曲率とが異なるように形成されている。

第１レンズ２では、発光素子１から図面下側に向かって出射された光は、第２反射面２５によって反射され、第１出射面２２から図面上側に向かって出射される。このため、第２反射面２５によって、第１出射面２２から図面下側に向かって出射される光がカットされる。

また、発光素子１から図面上側に向かって出射された光は、第１反射面２４によって図面下側に向かって反射され、第２反射面２５によって図面上側に向かって反射されるため、第１出射面２２から図面上側に向かって出射される。このため、第１反射面２４および第２反射面２５によって、照明装置の光学効率を高めることができる。

第２レンズ３は、第１レンズ２から出射された第１出射光を受けて、第２出射光を出射する。第２レンズ３は、Ｙ方向とＸ方向とで曲率の異なるアナモルフィックレンズである。

具体的に、第２レンズ３は、第２入射面３１と、第２出射面３２と、第２入射面３１と第２出射面３２との間に設けられた第２側面部３３とを有する。

第２入射面３１は、第２レンズ３の図面左側に形成されており、Ｚ方向に凸となるように形成されている。第２入射面３１は、第１レンズ２の第１出射面２２から出射された第１出射光を受ける。

第２出射面３２は、第２レンズ３の図面右側に形成されており、Ｚ方向に凸となるように形成されている。第２出射面３２は、第２レンズ３に入射した光を第２出射光として出射する。

また、第２レンズ３の図面下側（第２出射面３２の下部）には、レンズ加工部３４がある。レンズ加工部３４は、第２レンズ３が一体成形により作成された場合、第２出射面３２においてＲが付与される部分である。第１レンズ２の第１出射面２２から出射された光は、レンズ加工部３４に入射すると、迷光となる。

拡散板４は、Ｘ方向およびＹ方向に延びるように形成された板状の部材である。拡散板４は、第２レンズ３から出射された第２出射光を受け、第２出射光をＸ軸方向に拡散させる。具体的に、拡散板４は、第２レンズ３側の表面４１がウェーブ状になっている。このため、第２出射光は、拡散板４に入射すると、第２レンズ３の表面４１によってＸ方向に拡散される。

図３は従来の照明装置の側面図を示す。図３では、第１レンズ２ａは、成形加工で作成されているため、第１出射面２２ａが凹状となっている。また、出射光Ｒ１は、第１出射面２２ａが平面である場合の出射光であり、出射光Ｒ２は、実際の出射光である。

発光素子１から第１レンズ２ａに入射され、第１反射面２４によって反射された出射光Ｒ２は、第１出射面２２ａの凹レンズ効果により、第１出射面２２ａからの出射方向が、出射光Ｒ１よりも図面下側となっている。また、出射光Ｒ２は、第２レンズ３のレンズ加工部３４に入射しているため、出射光Ｒ１よりもさらに図面下側に向かって出射される。このため、出射光Ｒ２は迷光となる。

そこで、図１では、第１レンズ２の第１出射面２２が凸状となるように、第１レンズ２が作成されている。

図１に示すように、発光素子１から第１レンズ２に入射され、第１レンズ２の第１反射面２４によって反射された出射光Ｒ３は、第１出射面２２から出射される。このとき、第１出射面２２は凸状に形成されているため、図３の出射光Ｒ２よりも図面上側に向かって屈折される。これにより、出射光Ｒ３は、第２レンズ３のレンズ加工部３４に入射されないように、第２出射面３２に入射される。すなわち、第１出射面２２を凸状に形成することで、出射光Ｒ３が迷光とならない。したがって、カットオフ機能を有する照明装置において、コストを抑えつつ、迷光の発生を抑えることができる。

ここで、第１レンズ２と第２レンズ３との関係を説明する。

第１レンズ２と第２レンズ３とは、以下の式（１）～（３）の少なくともいずれか１つを満たすように配置される。

０．７×Ｆ≦Ｄ≦１．３×Ｆ …（１）
０．９×Ｆ≦Ｄ≦１．１×Ｆ …（２）
０．９５×Ｆ≦Ｄ≦１．０５×Ｆ …（３）

ただし、Ｄは第２レンズ３の主平面Ｓから第１レンズ２の第１出射面２２の頂点ｐ１までの距離であり、Ｆは第２レンズ３の主平面Ｓから第２レンズの焦点ｆまでの距離である。

なお、第２レンズ３の主平面Ｓは、第２レンズ３の第２入射面３１の頂点ｐ２と、第２出射面３２の頂点ｐ３との中点ｐ４を通って、Ｚ方向（発光素子１の光軸が延びる方向）と垂直をなす平面である。また、頂点ｐ１は、第１出射面２２において、第２レンズ３からＺ方向に最も近い点である。頂点ｐ２は、第２入射面３１において、第１レンズ２からＺ方向に最も近い点である。頂点ｐ３は、第２出射面３２において、第１レンズ２からＺ方向に最も離れた点である。焦点ｆは、拡散板４側から第２レンズ３に対してＺ方向に沿って入射した光が、集まる点である。

照明装置により高度な配光性能を備えるためには、式（１）を満たすことが好ましく、式（２）を満たすことがさらに好ましく、式（３）を満たすことがさらに好ましい。

また、第１レンズ２は、以下の関係を満たすように作成される。

０．００３×Ｌ≦Ｔ …（４）

ただし、Ｌは、第１出射面２２におけるＹ方向の長さである。また、Ｔは、第１出射面２２の端（第２レンズ３からＺ方向に最も離れた点）から頂点ｐ１までのＺ方向の距離である。これにより、第１レンズ２の作成時における、第１出射面２２の歪みを抑制することができる。

また、第１レンズ２および第２レンズ３は、以下の式（５）～式（７）を満たすように、作成および配置される。

Ｔ≦０．１×Ｆ …（５）
Ｔ≦０．０５×Ｆ …（６）
Ｔ≦０．０２×Ｆ …（７）

これにより、照明装置により高度な配光性能を備えることができる。照明装置により高度な配光性能を備えるためには、式（５）を満たすことが好ましく、式（６）を満たすことがさらに好ましく、式（７）を満たすことがさらに好ましい。

（その他の実施形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態について説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。

なお、上記実施形態において、第１レンズ２は、金型などにより成形する成形工程の後、第１レンズ２を冷却する冷却工程を経て、作成される。ここで、第１レンズ２の第１出射面２２は、必ずしも、使用時に凸状に形成されている必要はなく、製造時（特に成形工程時）に凸状に作成されていればよい。これにより、第１レンズ２の第１出射面２２が凹状となることを防止することができるため、第２レンズ３のレンズ加工部３４に光が入射することを防止することができ、上記の効果を得ることができる。

また、上記実施形態において、拡散板４を備えなくてもよい。

本発明の照明装置は、車両用前照灯やグラウンドに設置される投光器など、カットオフ機能を有する照明装置に適用することができる。

１発光素子
２第１レンズ
３第２レンズ
４拡散板
２２第１出射面
３１第２入射面
３２第２出射面
３４レンズ加工部

Claims

発光素子と、
前記発光素子から出射された光を受けて、第１出射光を出射する第１レンズと、
前記第１出射光を受けて、第２出射光を出射する第２レンズと
を備え、
前記第１レンズは、前記第１出射光を出射する第１出射面が、前記発光素子の光軸方向に突出する凸形状に形成されており、
前記第２レンズは、
前記第１出射光を受ける第２入射面と、
前記第２入射面と対向する位置に設けられており、前記第２出射光を出射する第２出射面と
を備え、
前記第１レンズおよび前記第２レンズが以下の式（１）～（３）の少なくともいずれか一つを満たすように配置されていることを特徴とする照明装置。
０．７×Ｆ≦Ｄ≦１．３×Ｆ …（１）
０．９×Ｆ≦Ｄ≦１．１×Ｆ …（２）
０．９５×Ｆ≦Ｄ≦１．０５×Ｆ …（３）
ただし、前記第２入射面の頂点と前記第２出射面の頂点との中点を通り、前記光軸方向と垂直をなす平面を主平面としたとき、Ｄは前記第１出射面の頂点から前記主平面までの距離であり、Ｆは前記第２レンズの焦点から前記主平面までの距離とする。
発光素子と、
前記発光素子から出射された光を受けて、第１出射光を出射する第１レンズと、
前記第１出射光を受けて、第２出射光を出射する第２レンズと
を備え、
前記第１レンズは、前記第１出射光を出射する第１出射面が、前記発光素子の光軸方向に突出する凸形状に形成されており、
前記第１レンズは、以下の式（４）を満たすように形成されていることを特徴とする照明装置。
０．００３×Ｌ≦Ｔ …（４）
ただし、Ｌは前記第１出射面の上下方向の長さであり、Ｔは前記光軸方向において前記第１出射面の端から頂点までの距離である。
発光素子と、
前記発光素子から出射された光を受けて、第１出射光を出射する第１レンズと、
前記第１出射光を受けて、第２出射光を出射する第２レンズと
を備え、
前記第１レンズは、前記第１出射光を出射する第１出射面が、前記発光素子の光軸方向に突出する凸形状に形成されており、
前記第１レンズおよび前記第２レンズが以下の式（５）～（７）の少なくともいずれか一つを満たすように配置されていることを特徴とする照明装置。
Ｔ≦０．１×Ｆ …（５）
Ｔ≦０．０５×Ｆ …（６）
Ｔ≦０．０２×Ｆ …（７）
ただし、Ｔは前記光軸方向において前記第１出射面の端から頂点までの距離であり、Ｆは、前記第２入射面の頂点と前記第２出射面の頂点との中点を通り、前記光軸方向と垂直をなす平面を主平面としたとき、前記第２レンズの焦点から前記主平面までの距離である。
発光素子と、
前記発光素子から出射された光を受けて、第１出射光を出射する第１レンズと、
前記第１出射光を受けて、第２出射光を出射する第２レンズと
を備え、
前記第１レンズは、前記第１出射光を出射する第１出射面が、前記発光素子の光軸方向に突出する凸形状に形成されており、
前記第１出射面は、前記光軸方向から見たときの上下方向の曲率と、当該上下方向および前記光軸方向と垂直をなす方向の曲率とが異なるように形成されていることを特徴とする照明装置。
発光素子と、
前記発光素子から出射された光を受けて、第１出射光を出射する第１レンズと、
前記第１出射光を受けて、第２出射光を出射する第２レンズと
を備え、
前記第１レンズは、前記第１出射光を出射する第１出射面が、前記発光素子の光軸方向に突出する凸形状に形成されており、
前記第２レンズは、前記光軸方向から見たときの上下方向の曲率と、当該上下方向および前記光軸方向と垂直をなす方向の曲率が異なるように形成されているアナモルフィック
レンズであることを特徴とする照明装置。
発光素子と、
前記発光素子から出射された光を受けて、第１出射光を出射する第１レンズと、
前記第１出射光を受けて、第２出射光を出射する第２レンズと
を備え、
前記第１レンズは、前記第１出射光を出射する第１出射面が、前記発光素子の光軸方向に突出する凸形状に形成されており、
表面がウェーブ状に形成され、かつ、前記第２出射光を受けて、前記第２出射光を拡散する拡散板をさらに備えることを特徴とする照明装置。
請求項２～６のいずれか１項記載の照明装置において、
前記第２レンズは、
前記第１出射光を受ける第２入射面と、
前記第２入射面と対向する位置に設けられており、前記第２出射光を出射する第２出射面と
を備え、
前記第１レンズおよび前記第２レンズが以下の式（１）～（３）の少なくともいずれか一つを満たすように配置されていることを特徴とする照明装置。
０．７×Ｆ≦Ｄ≦１．３×Ｆ …（１）
０．９×Ｆ≦Ｄ≦１．１×Ｆ …（２）
０．９５×Ｆ≦Ｄ≦１．０５×Ｆ …（３）
ただし、前記第２入射面の頂点と前記第２出射面の頂点との中点を通り、前記光軸方向と垂直をなす平面を主平面としたとき、Ｄは前記第１出射面の頂点から前記主平面までの距離であり、Ｆは前記第２レンズの焦点から前記主平面までの距離とする。
請求項３～６のいずれか１項記載の照明装置において、
前記第１レンズは、以下の式（４）を満たすように形成されていることを特徴とする照明装置。
０．００３×Ｌ≦Ｔ …（４）
ただし、Ｌは前記第１出射面の上下方向の長さであり、Ｔは前記光軸方向において前記第１出射面の端から頂点までの距離である。
請求項４～６のいずれか１項記載の照明装置において、
前記第１レンズおよび前記第２レンズが以下の式（５）～（７）の少なくともいずれか一つを満たすように配置されていることを特徴とする照明装置。
Ｔ≦０．１×Ｆ …（５）
Ｔ≦０．０５×Ｆ …（６）
Ｔ≦０．０２×Ｆ …（７）
ただし、Ｔは前記光軸方向において前記第１出射面の端から頂点までの距離であり、Ｆは、前記第２入射面の頂点と前記第２出射面の頂点との中点を通り、前記光軸方向と垂直をなす平面を主平面としたとき、前記第２レンズの焦点から前記主平面までの距離である。
請求項５または６記載の照明装置において、
前記第１出射面は、前記光軸方向から見たときの上下方向の曲率と、当該上下方向および前記光軸方向と垂直をなす方向の曲率とが異なるように形成されていることを特徴とする照明装置。
請求項６記載の照明装置において、
前記第２レンズは、前記光軸方向から見たときの上下方向の曲率と、当該上下方向および前記光軸方向と垂直をなす方向の曲率が異なるように形成されているアナモルフィック
レンズであることを特徴とする照明装置。