図1に、方形の領域の照明に適した照明装置の一例を示している。この照明装置1は、卓上などの方形状またはライン状の領域2を照明するように制御された光(光束)3を前方19に投影または投射する投射ユニット5と、投射ユニット5を収納した方形のハウジング4と、投射ユニット5の光源となるLED6を駆動するドライバー回路8とを含む。投射ユニット5は、中心となる軸(第1の軸、Z軸)12の周り18に円弧状に広がった、平面視(Z軸12に直交するX-Y平面で見た形状)が略扇形の柱状、ロッド状あるいはシリンドリカルレンズ状で透光性の光学素子11を含む光学装置(光学システム)10と、光学素子11の一方の端面からソース光(第1の光)7を入射するLED6とを含む。
FIG. 1 shows an example of a lighting device suitable for illuminating a rectangular area. This illumination device 1 includes a projection unit 5 that projects or projects light (luminous flux) 3 controlled to illuminate a rectangular or line-shaped area 2 such as a tabletop to the front 19, and a rectangular shape that houses the projection unit 5. The housing 4 includes a housing 4 and a driver circuit 8 that drives an LED 6 that serves as a light source of the projection unit 5. The projection unit 5 has a substantially fan-shaped planar view (shape viewed on the XY plane perpendicular to the Z-axis 12), which extends in an arc shape 18 around a central axis (first axis, Z-axis) 12. an optical device (optical system) 10 including a light-transmitting optical element 11 in the shape of a columnar, rod-shaped or cylindrical lens, and an LED 6 into which source light (first light) 7 is incident from one end surface of the optical element 11; including.
図2に示すように、照明装置1は、天井9に取り付けられることにより、卓上などの方形状、またはライン状の細長い領域2を集中して照明することができる。照明対象は、方形または細長い領域であれば、卓上に限らず、壁、屋内外の看板やポスターなどであってもよく、照明装置1は、それらの方形または細長い領域2を集中して照明できる。光学装置10は、平面視が略扇形で柱状に、扇形の中心となる第1の軸12に沿って延びた光学素子11と、光学素子11を挟むように配置された反射部材21および22とを含む。
As shown in FIG. 2, by being attached to a ceiling 9, the lighting device 1 can intensively illuminate a rectangular or linear elongated area 2 such as a tabletop. The illumination target is not limited to a tabletop, but may also be a wall, an indoor or outdoor signboard, a poster, etc. as long as it is a rectangular or elongated area, and the lighting device 1 can concentrate illumination on such a rectangular or elongated area 2. . The optical device 10 includes an optical element 11 that is substantially fan-shaped in plan view and extends along a first axis 12 that is the center of the fan shape, and reflective members 21 and 22 that are arranged to sandwich the optical element 11. including.
図3に、光学装置10を含む投射ユニット5を、照明装置1から抜き出して示している。図3(a)は、投射ユニット5を投射側(前方)19から見た斜視図であり、図3(b)は投射ユニット5を投射側19と反対側から見た斜視図である。また、図4に、投射ユニット5および光学装置10を展開して示している。
FIG. 3 shows the projection unit 5 including the optical device 10 extracted from the illumination device 1. 3(a) is a perspective view of the projection unit 5 viewed from the projection side (front) 19, and FIG. 3(b) is a perspective view of the projection unit 5 viewed from the side opposite to the projection side 19. Further, FIG. 4 shows the projection unit 5 and the optical device 10 in an expanded state.
図4に示すように、光学装置10は、中心軸となる第1の軸(Z軸)12の周りに、Z軸12と直交する平面(X-Y平面)で見た形状(平面視)が角度θ(中心角θ、開き角θ)で広がった略扇形で、透光性の部材、例えば、アクリル樹脂あるいはガラスなどから構成された光学素子11を含む。光学素子11は、全体がZ軸12に沿って延びた柱状で、Z軸12の側(内側)は、Z軸12の一方の端(底面側、Z軸マイナス方向)が開口13となった空洞14となり、反対側の投射側(前方、外側)19の面(出射面)15は略円弧状となっている。光学装置10は、さらに、光学素子11を挟むように配置された反射部材21および22を含む。反射部材21および22は、光学素子11に面した側に反射面23および24を含む。反射面(第2の反射面)23および反射面(第3の反射面)24は、Z軸12で交差し、光学素子11を挟み込むように配置された反射面である。
As shown in FIG. 4, the optical device 10 has a shape (planar view) around a first axis (Z-axis) 12 serving as a central axis, as viewed in a plane (XY plane) orthogonal to the Z-axis 12. The optical element 11 is substantially fan-shaped and spread out at an angle θ (center angle θ, opening angle θ), and is made of a translucent member, such as acrylic resin or glass. The entire optical element 11 has a columnar shape extending along the Z-axis 12, and on the Z-axis 12 side (inside), one end of the Z-axis 12 (bottom side, Z-axis negative direction) is an opening 13. A cavity 14 is formed, and a surface (output surface) 15 on the opposite projection side (front, outside) 19 is approximately arcuate. Optical device 10 further includes reflective members 21 and 22 arranged to sandwich optical element 11 therebetween. Reflective members 21 and 22 include reflective surfaces 23 and 24 on the side facing optical element 11 . The reflective surface (second reflective surface) 23 and the reflective surface (third reflective surface) 24 are reflective surfaces that intersect at the Z-axis 12 and are arranged to sandwich the optical element 11 therebetween.
図5に断面で示すように、光学素子11は、全体が内部にZ軸12に沿って形成された空洞14を含むシリンドリカルレンズであって、空洞14の開口13の側から、Z軸12に沿って透過面と反射面とが交互に配置された多段の内面(透過・反射面)16を含む。光学素子11の内面16は、開口13と逆側から開口13に向かって、すなわち、Z軸12のプラス側からマイナス側に向かって、段階的に配置された同心円弧状の扇形の複数の透過面32と、これらの透過面32により複数に分割された円弧状の反射面(第1の反射面)31であって、Z軸12に沿って、X-Y平面に対して鋭角に傾くように広がった第1の反射面31を含む。光学素子11の内面16は、開口13と逆側から開口13に向かって、すなわち、Z軸12のプラス側からマイナス側に向かって、段階的に内径16rが拡大するように順番に配置された同心円弧状の扇形の複数の透過面32を含む。他の実施例として、Z軸12のプラス側からマイナス側に向かって、段階的に内径16rが縮小するように配列された透過面を含んでもよく、同心円弧状に同一または実質的に同一形状の扇形の複数の透過面を含んでもよい。
As shown in cross section in FIG. 5, the optical element 11 is a cylindrical lens that includes a cavity 14 formed inside along the Z-axis 12 as a whole. It includes a multi-stage inner surface (transmission/reflection surface) 16 along which transmission surfaces and reflection surfaces are alternately arranged. The inner surface 16 of the optical element 11 has a plurality of concentric arc-shaped fan-shaped transmission surfaces arranged in stages from the opposite side to the aperture 13 toward the aperture 13, that is, from the positive side to the negative side of the Z-axis 12. 32, and an arc-shaped reflective surface (first reflective surface) 31 divided into a plurality of parts by these transmission surfaces 32, which are inclined at an acute angle with respect to the XY plane along the Z axis 12. It includes an enlarged first reflective surface 31 . The inner surface 16 of the optical element 11 is arranged in order such that the inner diameter 16r gradually increases from the opposite side to the aperture 13 toward the aperture 13, that is, from the plus side to the minus side of the Z-axis 12. It includes a plurality of fan-shaped transmission surfaces 32 having concentric arc shapes. As another example, the transmitting surfaces may be arranged such that the inner diameter 16r decreases stepwise from the plus side to the minus side of the Z-axis 12, and the transmitting surfaces have the same or substantially the same shape in a concentric arc shape. It may include a plurality of fan-shaped transparent surfaces.
具体的には、本例の光学素子11においては、第1の反射面31は、開口13と逆側(上側、Z軸プラス方向)から開口13に向かって、すなわち、Z軸12のプラス側からマイナス側に向かって、Z軸12に垂直で、X-Y平面に平行な6つの透過面(第1~第6の透過面)32a~32fにより分割された6つの反射面(第4~第9の反射面)31a~31fを含む。すなわち、光学素子11は、Z軸12のプラス側からマイナス側に向かって交互に配置された、6つの透過面(第1~第6の透過面)32a~32fと、6つの反射面(第4~第9の反射面)31a~31fを含む。光学素子11は、さらに、最も開口13の側に、Z軸12の周りに形成された円弧状の透過性の面33を含む。
Specifically, in the optical element 11 of this example, the first reflective surface 31 is directed toward the aperture 13 from the opposite side (upper side, Z-axis positive direction) to the aperture 13, that is, from the positive side of the Z-axis 12. Toward the minus side, six reflective surfaces (fourth to six transparent surfaces) divided by six transparent surfaces (first to sixth transparent surfaces) 32a to 32f perpendicular to the Z-axis 12 and parallel to the XY plane. 9th reflective surface) 31a to 31f. That is, the optical element 11 has six transmission surfaces (first to sixth transmission surfaces) 32a to 32f and six reflection surfaces (first to sixth transmission surfaces) 32a to 32f, which are alternately arranged from the plus side to the minus side of the Z-axis 12. 4 to 9 reflective surfaces) 31a to 31f. The optical element 11 further includes an arc-shaped transparent surface 33 formed around the Z-axis 12 closest to the aperture 13 .
このため、光学素子11は、第1の軸(Z軸)12に沿って断続的に配置され、開口13と逆側から、開口13に向かって段階的に内径16rが拡大するように順番に配置された同心円弧状の扇形の第1の透過面32a、第2の透過面32bおよび第3の透過面32cと、第1の透過面32a、第2の透過面32bおよび第3の透過面32cの開口13と逆側に鋭角に傾くようにそれぞれ配置された円弧状の第4の反射面31a、第5の反射面31bおよび第6の反射面31cとを含む。
For this reason, the optical elements 11 are disposed intermittently along the first axis (Z-axis) 12, and are sequentially arranged so that the inner diameter 16r gradually increases from the opposite side to the aperture 13 toward the aperture 13. A first transmission surface 32a, a second transmission surface 32b, and a third transmission surface 32c arranged in the shape of a concentric arc, and a first transmission surface 32a, a second transmission surface 32b, and a third transmission surface 32c. A fourth reflective surface 31a, a fifth reflective surface 31b, and a sixth reflective surface 31c each having an arc shape are arranged so as to be inclined at an acute angle to the side opposite to the opening 13.
さらに具体的には、開口13から最も遠い第1の透過面32aは、Z軸12を中心とした扇状の透過面である。開口13から最も遠い第4の反射面31aは、第1の透過面32aを透過した光をZ軸12の周り18の円弧状の角度θの範囲(第1の範囲)に反射するように配置された面である。第4の反射面31aは、第1の透過面32aの開口13と反対側に、Z軸12を中心として、略扇形で逆円錐台を形成するようにX-Y面に対して傾いた反射面であり、Z軸12と平行な光軸7aの光7をZ軸12に直交する方向19へ反射する。第5の反射面31bは、第2の透過面32bを透過した光7を反射するように、第2の透過面32bの内辺32b1と第1の透過面32aの外辺32a2との間に配置された円弧状の反射面である。第6の反射面31cは、第3の透過面32cを透過した光7を反射するように、第3の透過面32cの内辺32c1と第2の透過面32bの外辺32b2との間に配置された円弧状の反射面である。第7の反射面31dおよび第8の反射面31eについても、第4の透過面32dおよび第5の透過面32eに対して同様に構成されている。
More specifically, the first transmission surface 32a furthest from the opening 13 is a fan-shaped transmission surface centered on the Z-axis 12. The fourth reflecting surface 31a furthest from the aperture 13 is arranged so as to reflect the light transmitted through the first transmitting surface 32a to a range of an arcuate angle θ of 18 around the Z-axis 12 (first range). This is the side that was made. The fourth reflective surface 31a is located on the side opposite to the opening 13 of the first transmitting surface 32a, and has a substantially fan-shaped reflective surface tilted with respect to the XY plane so as to form an inverted truncated cone about the Z-axis 12. The light 7 having an optical axis 7a parallel to the Z-axis 12 is reflected in a direction 19 perpendicular to the Z-axis 12. The fifth reflective surface 31b is located between the inner side 32b1 of the second transmitting surface 32b and the outer side 32a2 of the first transmitting surface 32a so as to reflect the light 7 transmitted through the second transmitting surface 32b. This is an arc-shaped reflective surface. The sixth reflective surface 31c is located between the inner edge 32c1 of the third transmitting surface 32c and the outer edge 32b2 of the second transmitting surface 32b so as to reflect the light 7 transmitted through the third transmitting surface 32c. This is an arc-shaped reflective surface. The seventh reflective surface 31d and the eighth reflective surface 31e are configured similarly to the fourth transparent surface 32d and the fifth transparent surface 32e.
光学素子11の外面15はシリンドリカル面であってもよいが、本例においては、外面15は、反射面31a~31fおよび透過面33に対応して、Z軸12に沿って7つの領域15a~15gに区切られている。外面15のこれらの領域15a~15gは、反射面31a~31fにより反射された光および透過面33を透過した光をより均等に出力するようにトーリック面状の自由曲面として最適化されている。
The outer surface 15 of the optical element 11 may be a cylindrical surface, but in this example, the outer surface 15 has seven regions 15a to 15 along the Z-axis 12 corresponding to the reflective surfaces 31a to 31f and the transmitting surface 33. Divided into 15g. These regions 15a to 15g of the outer surface 15 are optimized as toric free-form surfaces so as to more evenly output the light reflected by the reflecting surfaces 31a to 31f and the light transmitted through the transmitting surface 33.
光学装置(光学システム、光学系)10は、平面視が略扇形のシリンドリカルレンズ状の光学素子11の側面17aおよび17bに、反射部材21および22の第2の反射面23および第3の反射面24が密着するように取り付けられている。
The optical device (optical system, optical system) 10 includes a second reflective surface 23 and a third reflective surface of reflective members 21 and 22 on side surfaces 17a and 17b of an optical element 11 in the shape of a cylindrical lens that is approximately fan-shaped in plan view. 24 are attached so that they are in close contact with each other.
図3および図4に示すように、照明装置1の投射ユニット5は、光学装置10と、その光学素子11の開口13に取り付けられた基板6aとを含む。基板6aにはLED6が装着されており、LED6から、Z軸12に沿って、Z軸12と平行になるように、開口13から光学素子11の内部14に設けられた第1の反射面31に向かって照明用の光7が入射される。分断された反射面31a~31fにより構成される第1の反射面31は、Z軸12に平行な光軸7aを備えた配光特性の照明用の光(第1の光)7を、Z軸12の周り18の中心角θの第1の範囲に反射するように配置されている。光学装置10は、第1の反射面31と、Z軸12で交差し、第1の反射面31を挟むように配置された第2の反射面および第3の反射面とを有する。第2の反射面23は、Z軸12の周り18に、第1の光7を第1の反射面31の方向に反射し、第3の反射面24は、第2の反射面23とはZ軸12の周り18に逆方向にLED6からの光7を反射する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the projection unit 5 of the illumination device 1 includes an optical device 10 and a substrate 6a attached to an aperture 13 of an optical element 11 thereof. An LED 6 is mounted on the substrate 6a, and a first reflective surface 31 provided in the interior 14 of the optical element 11 extends from the opening 13 along the Z-axis 12 and parallel to the Z-axis 12 from the LED 6. Illumination light 7 is incident towards the area. The first reflecting surface 31 composed of the divided reflecting surfaces 31a to 31f transmits illumination light (first light) 7 having a light distribution characteristic having an optical axis 7a parallel to the Z axis 12. It is arranged to reflect a first range of central angle θ of 18 about axis 12 . The optical device 10 includes a first reflective surface 31, and a second reflective surface and a third reflective surface that intersect with each other at the Z-axis 12 and are arranged to sandwich the first reflective surface 31. The second reflective surface 23 reflects the first light 7 around the Z-axis 12 in the direction of the first reflective surface 31, and the third reflective surface 24 is different from the second reflective surface 23. Reflecting the light 7 from the LED 6 in the opposite direction 18 around the Z-axis 12.
したがって、光学装置10は、光源であるLED6から、Z軸12に沿って出射された光7を、Z軸12において中心角θで交差する第2の反射面23および第3の反射面24で、角度θの範囲の第1の反射面31の方向に相互に反射する(折り畳む)。光学装置10は、さらに、第1の反射面31によりZ軸12と垂直な方向に、Z軸12の周りの角度θの範囲に反射して出力する。
Therefore, the optical device 10 directs the light 7 emitted along the Z-axis 12 from the LED 6, which is a light source, to the second reflective surface 23 and the third reflective surface 24, which intersect at the center angle θ on the Z-axis 12. , and are mutually reflected (folded) in the direction of the first reflecting surface 31 within the range of angle θ. The optical device 10 further reflects the light in a direction perpendicular to the Z-axis 12 by the first reflecting surface 31 to a range of angle θ around the Z-axis 12 and outputs the reflected light.
第2の反射面23および第3の反射面24は、LED6からの光7を、角度θの範囲に畳み込めるように配置されていればよく、LED6の近傍に少なくとも配置されていればよい。これらの反射面23および24は、第1の反射面31と交差するように配置されていてもよく、LED6からの光7を効率よく、漏れが生じないように、第1の反射面31の方向に畳み込むことができる。
The second reflective surface 23 and the third reflective surface 24 only need to be arranged so that the light 7 from the LED 6 can be folded into the range of angle θ, and only need to be arranged at least near the LED 6. These reflective surfaces 23 and 24 may be arranged so as to intersect with the first reflective surface 31, and the reflective surfaces 23 and 24 may be arranged so as to intersect with the first reflective surface 31, so that the light 7 from the LED 6 can be transmitted efficiently and without leakage. It can be folded in the direction.
図6に、光学装置10の光学素子11により、Z軸12に沿って入射された光(入射光)7が、第1の反射面31により反射され、Z軸12と直交する方向19に出射される様子を模式的に示している。図6(a)に示すように、LED(光源)6から出力された光7は、光軸7aを中心とするランバーシアン配光分布を備えている。この光7の光軸7aの周りの成分は、第2の反射面23および第3の反射面24により中心角θの扇形の光学素子11の方向に反射される。また、この光7の光軸7aに対する配光角φの成分は、図6(b)に示すように、光学素子11の複数の透過面32a~32fと、複数に分割された第1の反射面31a~31fにより複数のグループ(光束)に分けられて、それぞれで反射された光束71が光軸7aと直交する方向19に出力される。反射された光71は、光学素子11の外面の出射面15を介して照明光3として出力される。さらに、LED6から出力された光7の配光角φが大きい成分は、光学素子11の開口13の近傍の透過面33を介して光軸7aと直交する方向19に出力される。
In FIG. 6, light (incident light) 7 that is incident along the Z-axis 12 by the optical element 11 of the optical device 10 is reflected by the first reflecting surface 31, and is emitted in a direction 19 perpendicular to the Z-axis 12. This diagram schematically shows how this is done. As shown in FIG. 6A, the light 7 output from the LED (light source) 6 has a Lambertian light distribution centered on the optical axis 7a. A component of this light 7 around the optical axis 7a is reflected by the second reflecting surface 23 and the third reflecting surface 24 toward the fan-shaped optical element 11 having a central angle θ. In addition, as shown in FIG. 6(b), the component of the light distribution angle φ of this light 7 with respect to the optical axis 7a is determined by the component of the light distribution angle φ with respect to the optical axis 7a. The light beams 71 are divided into a plurality of groups (light beams) by the surfaces 31a to 31f, and reflected by each group, and are output in a direction 19 perpendicular to the optical axis 7a. The reflected light 71 is output as illumination light 3 via the output surface 15 on the outer surface of the optical element 11 . Further, a component of the light 7 output from the LED 6 having a large light distribution angle φ is outputted in a direction 19 perpendicular to the optical axis 7a via the transmission surface 33 near the aperture 13 of the optical element 11.
したがって、この光学装置10は、第1の反射面31、第2の反射面23および第3の反射面24により、ランバーシアン配光を備えた光7を、光軸7aに対して直交する方向19に円弧状に反射して、ライン状または方形状の領域を照明するのに適した配光を備えた照明光3に変換できる。さらに、第1の反射面31により、光軸7aと直交する方向19に反射して、光7を光軸7aと直交する方向に変換することにより、光軸7aの周りに配光角φで光度が変化するランバーシアン配光の光度が共通する部分を、ライン状または方形状の配光の端から端まで引き延ばすことが可能である。例えば、光軸7a上の最も光度の高い光(光束)をライン状または方形状の配光の端から端まで引き延ばすことが可能である。また、このため、第1の反射面の曲率または傾きを制御し、ライン状または方形状の幅方向の光度を制御することにより、光度分布がより均等に近いライン状または方形状の配光を得ることができる。
Therefore, this optical device 10 uses the first reflective surface 31, the second reflective surface 23, and the third reflective surface 24 to direct the light 7 having Lambertian light distribution in a direction perpendicular to the optical axis 7a. 19 and can be converted into illumination light 3 having a light distribution suitable for illuminating a linear or rectangular area. Furthermore, by reflecting the light 7 in a direction 19 perpendicular to the optical axis 7a by the first reflecting surface 31 and converting the light 7 into a direction perpendicular to the optical axis 7a, a light distribution angle φ is created around the optical axis 7a. It is possible to extend the portion where the luminous intensity of the Lambertian light distribution in which the luminous intensity changes is common from one end of the linear or rectangular light distribution to the other. For example, it is possible to extend the light (luminous flux) with the highest luminous intensity on the optical axis 7a from end to end of a linear or rectangular light distribution. For this reason, by controlling the curvature or inclination of the first reflective surface and controlling the luminous intensity in the width direction of the linear or rectangular shape, a linear or rectangular light distribution with a more even luminous intensity distribution can be achieved. Obtainable.
図7(a)および(b)に、投射ユニット5から出力された光3の水平方向(左右方向)の配光分布の例を示している。図7(a)は、光学素子11の外面15の第1の軸と直行する断面を真円弧としたときの配光分布の一例であり、図7(b)は、外面15の第1の軸と直行する断面を自由曲面としたときの配光分布の一例である。光学装置10を用いることにより、LED6から出力されたランバーシアン配光分布を備えた光7を、光度分布が水平方向にほぼ均一な光3に変換して出力することができる。外面15を、自由曲面、非球面などを用いて最適化することにより、光学装置10から出力される光3の分布を均一にすることが可能となる。
FIGS. 7A and 7B show examples of the horizontal direction (left-right direction) light distribution of the light 3 output from the projection unit 5. 7(a) is an example of the light distribution when the cross section perpendicular to the first axis of the outer surface 15 of the optical element 11 is a perfect circular arc, and FIG. This is an example of a light distribution when the cross section perpendicular to the axis is a free-form surface. By using the optical device 10, the light 7 having a Lambertian light distribution outputted from the LED 6 can be converted into light 3 having a substantially uniform luminous intensity distribution in the horizontal direction and output. By optimizing the outer surface 15 using a free-form surface, an aspheric surface, etc., it is possible to make the distribution of the light 3 output from the optical device 10 uniform.
図8に、第1の軸に沿って入射される、前記第1の軸に平行な光軸を備えた配光特性の第1の光の少なくとも一部を、前記第1の軸の周りの略円弧状の第1の範囲に反射する照明装置の他の例を、断面を用いて示している。この照明装置1aの投射ユニット5aは、平面視が略扇形の連続した第1の反射面31と、第1の反射面31を挟み込むように配置された第2の反射面(不図示)および第3の反射面24とを含む光学装置10aを含む。この投射ユニット5aにおいても、光学装置10aにより、LED6からZ軸12の方向に入力された光7を、Z軸12に直交する方向19に変換し、光度が水平方向にほぼ均一な光3に変換して出力できる。
In FIG. 8, at least a part of the first light incident along the first axis and having a light distribution characteristic having an optical axis parallel to the first axis is Another example of a lighting device that reflects light in a substantially arc-shaped first range is illustrated using a cross section. The projection unit 5a of the illumination device 1a includes a continuous first reflecting surface 31 that is approximately fan-shaped in plan view, a second reflecting surface (not shown) arranged to sandwich the first reflecting surface 31, and a second reflecting surface (not shown) arranged to sandwich the first reflecting surface 31. The optical device 10a includes three reflective surfaces 24. In this projection unit 5a as well, the optical device 10a converts the light 7 input from the LED 6 in the direction of the Z-axis 12 into a direction 19 perpendicular to the Z-axis 12, and converts it into light 3 whose luminous intensity is almost uniform in the horizontal direction. Can be converted and output.
一方、この投射ユニット5aの光学装置10aにおいては、連続した第1の反射面31を採用することにより、第1の反射面31の占める領域が拡大し、装置をコンパクトに纏めることが難しい。これに対し、シリンドリカル状の光学素子11を用いた光学装置10においては、フレネルレンズのように、第1の反射面31を複数に分割してシリンドリカルレンズの内部に複数の全反射面31a~31fとして実装することが可能である。すなわち、光学装置10は、Z軸(第1の軸)12に沿った方向で分割され、LED6からの光(第1の光)7をZ軸12の周り18でZ軸12に直交する方向19に反射する複数の反射面31a~31fを含む。さらに、光学装置10は、これら複数の反射面31a~31fを内側に備え、内面16が複数の反射面31a~31fと、複数の反射面31a~31fにそれぞれ対応する複数の透過面32a~32fとを含む多段状で、Z軸(第1の軸)12に垂直な断面が扇形の光学素子11を含む。
On the other hand, in the optical device 10a of the projection unit 5a, by employing the continuous first reflective surface 31, the area occupied by the first reflective surface 31 is expanded, making it difficult to make the device compact. On the other hand, in the optical device 10 using the cylindrical optical element 11, the first reflective surface 31 is divided into a plurality of parts, and a plurality of total reflection surfaces 31a to 31f are provided inside the cylindrical lens, like a Fresnel lens. It is possible to implement as That is, the optical device 10 is divided in the direction along the Z-axis (first axis) 12, and the light (first light) 7 from the LED 6 is divided in a direction 18 around the Z-axis 12 in a direction perpendicular to the Z-axis 12. 19 includes a plurality of reflective surfaces 31a to 31f. Further, the optical device 10 includes the plurality of reflective surfaces 31a to 31f on the inside, and the inner surface 16 has a plurality of reflective surfaces 31a to 31f and a plurality of transmitting surfaces 32a to 32f corresponding to the plurality of reflective surfaces 31a to 31f, respectively. The optical element 11 includes a multi-stage optical element 11 having a fan-shaped cross section perpendicular to the Z axis (first axis) 12.
このため、コンパクトな光学装置10およびそれを用いたコンパクトな照明装置1を提供できる。さらに、光学素子11は、複数の反射面31a~31fと、それに対応する複数の外面15の領域(出射面)15a~15fを備えている。このため、これら複数の反射面と出射面とをそれぞれ、それらにより反射される光および透過する光に対して最適化することが可能であり、水平方向の光度分布が、いっそう均一な光3に変換して出力する光学装置10を提供できる。
Therefore, it is possible to provide a compact optical device 10 and a compact illumination device 1 using the same. Further, the optical element 11 includes a plurality of reflective surfaces 31a to 31f and a plurality of regions (output surfaces) 15a to 15f of the outer surface 15 corresponding thereto. Therefore, it is possible to optimize each of these plurality of reflection surfaces and output surfaces for the light reflected by and the light transmitted by them, and the horizontal luminous intensity distribution becomes even more uniform. It is possible to provide an optical device 10 that converts and outputs.
光学素子11の複数の反射面31a~31fに対応して設けられた複数の出射面15a~15fのそれぞれは、典型的には、Z軸12に沿った方向の断面がそれぞれ湾曲している部分を含むトーリック面状である。さらに、複数の出射面15a~15fは任意に設計可能であり、Z軸12に垂直な断面が非円形である部分を含んでもよい。
Each of the plurality of output surfaces 15a to 15f provided corresponding to the plurality of reflection surfaces 31a to 31f of the optical element 11 typically has a curved cross section in the direction along the Z axis 12. It is a toric plane containing . Further, the plurality of exit surfaces 15a to 15f can be arbitrarily designed and may include a portion whose cross section perpendicular to the Z-axis 12 is non-circular.
このように、光学装置10の光学素子11は、内部に第1の軸(Z軸)12に沿って入射される、第1の軸12に平行な光軸7aを備えた配光特性の第1の光7の少なくとも一部を、第1の軸12の周りの略円弧状の角度θの第1の範囲に反射するように配置された少なくとも1つの第1の反射面31を含む。具体的には、光学素子11は、第1の反射面31として機能する、第1の軸12に沿った方向で分割された複数の反射面(反射弧面)31a~31fと、複数の反射弧面31a~31fにより反射された光71の少なくとも一部を屈折して第1の軸12の周りに照明光3として出力する透光性の外面(出射面)15とを含む。したがって、光学素子11は、第1の軸12に平行な光軸7aを備えた第1の光7の進行方向(光軸)を第1の軸12とは異なる方向、上記の例では第1の軸12と直交する方向に変換する第1の反射面31と、反射された光71を屈折して出力することにより照明光3としての光軸および/または配光分布を変換する屈折面(レンズ)として機能する出射面15とを含む。このため、図8に示したような、反射面31のみにより照明光3の配光分布を制御する光学装置1aと比較すると、照明光3の出射方向および/または配光分布を制御する2つの要素を含むので、照明光3の広がりや分布などを制御することが容易であり、また、より一様な配光分布を備えた照明光3を出力しやすい。
In this way, the optical element 11 of the optical device 10 has a first light distribution characteristic having an optical axis 7a parallel to the first axis 12, in which light is incident along the first axis (Z-axis) 12. The first reflective surface 31 includes at least one first reflective surface 31 arranged to reflect at least a portion of the light 7 of one light 7 to a first range of a substantially arc-shaped angle θ about the first axis 12 . Specifically, the optical element 11 includes a plurality of reflective surfaces (reflective arc surfaces) 31a to 31f divided in the direction along the first axis 12, which function as the first reflective surface 31, and a plurality of reflective surfaces 31a to 31f, which function as the first reflective surface 31. It includes a translucent outer surface (output surface) 15 that refracts at least a portion of the light 71 reflected by the arcuate surfaces 31a to 31f and outputs it as illumination light 3 around the first axis 12. Therefore, the optical element 11 moves the traveling direction (optical axis) of the first light 7, which has an optical axis 7a parallel to the first axis 12, in a direction different from the first axis 12; a first reflecting surface 31 that converts the reflected light 71 in a direction perpendicular to the axis 12 of the illumination light 3, and a refractive surface that converts the optical axis and/or light distribution as the illumination light 3 by refracting and outputting the reflected light 71. and an exit surface 15 that functions as a lens. Therefore, compared to the optical device 1a shown in FIG. 8, which controls the light distribution of the illumination light 3 only by the reflecting surface 31, there are two Since it includes elements, it is easy to control the spread and distribution of the illumination light 3, and it is also easy to output the illumination light 3 with a more uniform light distribution.
上記の光学素子11においては、内面16に、第1の反射面31を構成する複数の弧面31a~31fと、複数の透過面32a~32fとがそれぞれ組み合わされた複数の全反射(TIR)プリズムを配置し、外面15に、弧面31a~31fに対応した出射面15a~15fを設け、第1の反射面31と屈折面として機能する外面15とを一体化している。また、TIRレンズ面となる弧面31a~31fに対応して、外面15を複数の出射面15a~15fに分けてトーリック面を構成したり、Z軸12周りの配光分布を制御する面を導入することが容易であり、より一様な配光分布を備えた照明光3を提供できる。
In the optical element 11 described above, the inner surface 16 has a plurality of total internal reflections (TIR) in which a plurality of arcuate surfaces 31a to 31f constituting the first reflective surface 31 and a plurality of transmission surfaces 32a to 32f are combined, respectively. A prism is arranged, and the outer surface 15 is provided with output surfaces 15a to 15f corresponding to the arcuate surfaces 31a to 31f, so that the first reflective surface 31 and the outer surface 15 functioning as a refractive surface are integrated. In addition, corresponding to the arcuate surfaces 31a to 31f that become TIR lens surfaces, the outer surface 15 is divided into a plurality of exit surfaces 15a to 15f to form a toric surface, or a surface for controlling the light distribution around the Z axis 12 is formed. It is easy to introduce and can provide illumination light 3 with a more uniform light distribution.
さらに、光学装置10においては、第1の光7を用いた照明光3の方向と広がりとを制御する光学素子11と、第1の軸(Z軸)12で交差し、第1の反射面31を含む光学素子11を挟むように配置された第2の反射面23および第3の反射面24を設けることにより、360度方向(全周方向)に広がりを持つ第1の光7を光学素子11に第1の反射面31で処理できる範囲に集光する(折り畳む、畳み込む)ことが可能となり、光源であるLED6から出力された光7を効率的に所望の方向および範囲に照明光3として出力できる。
Furthermore, in the optical device 10, an optical element 11 that controls the direction and spread of the illumination light 3 using the first light 7 intersects with a first axis (Z-axis) 12, and a first reflective surface. By providing the second reflective surface 23 and the third reflective surface 24 arranged to sandwich the optical element 11 including the optical element 31, the first light 7 that spreads in a 360 degree direction (all around the circumferential direction) can be optically It becomes possible to condense (fold, fold) light into a range that can be processed by the first reflective surface 31 on the element 11, and efficiently directs the light 7 output from the LED 6, which is a light source, in a desired direction and range. It can be output as
図9(a)に、投射ユニット5を備えた照明装置1からの光3をスクリーンに投射した一例を示している。図9(b)に示すように、方形の照明領域2の上下に、複数の光漏れ81~84が生じていることが見出された。発明者らの実験によると、円弧状の光漏れ81~83は、光学素子11の最下層の透過面33および出射面15gにおける表面反射による迷光が要因であることが分かった。光学素子11は、多段状の内面16の最も入射側の最下段に、Z軸12に直交する方向19に光7の一部を透過する面を含み、ランバーシアン配光分布の光7の最も配光角φが大きな成分をZ軸12に直交する方向19に出力できるようにしている。したがって、透光性の光学素子11の最下段の内面33および外面(出射面)15gの少なくともいずれかに反射防止層を設けるか、または、拡散加工、たとえばシボ加工を施すことにより円弧状の光漏れ81~83が抑制できる。
FIG. 9A shows an example in which the light 3 from the illumination device 1 including the projection unit 5 is projected onto a screen. As shown in FIG. 9(b), it was found that a plurality of light leaks 81 to 84 occurred above and below the rectangular illumination area 2. According to experiments conducted by the inventors, it was found that the arcuate light leaks 81 to 83 are caused by stray light caused by surface reflection at the transmitting surface 33 and the exit surface 15g of the lowermost layer of the optical element 11. The optical element 11 includes a surface that transmits a part of the light 7 in a direction 19 perpendicular to the Z-axis 12 at the lowest stage on the incident side of the multi-stage inner surface 16, and transmits a part of the light 7 in the Lambertian light distribution. A component with a large light distribution angle φ can be output in a direction 19 perpendicular to the Z-axis 12. Therefore, by providing an antireflection layer on at least one of the lowermost inner surface 33 and outer surface (output surface) 15g of the light-transmitting optical element 11, or applying a diffusion process, such as a texture process, the arc-shaped light can be Leakage 81 to 83 can be suppressed.
発明者らの実験によると、角状の光漏れ84は、光学素子11の側面17aおよび17bにおける内面反射が要因であることが分かった。したがって、光学素子11のZ軸12を周る方向の両側に配置された端面17aおよび17bに透過防止または拡散加工を施すことにより光漏れ84を防止できる。具体的には、端面17aおよび17bを黒塗りしたり、シボ面を設けることで光漏れ84を防止できる。
According to experiments conducted by the inventors, it was found that the angular light leakage 84 is caused by internal reflection on the side surfaces 17a and 17b of the optical element 11. Therefore, the light leakage 84 can be prevented by subjecting the end surfaces 17a and 17b, which are disposed on both sides of the optical element 11 in the direction surrounding the Z-axis 12, to anti-transmission or diffusion processing. Specifically, light leakage 84 can be prevented by painting the end surfaces 17a and 17b black or providing textured surfaces.
図10に、これらの対策を行った光学素子11を用いた照明装置1からの光3をスクリーンに投影した例を示している。光漏れはほとんど見られず、上記の対策により光漏れが抑制されたことがわかる。
FIG. 10 shows an example in which the light 3 from the illumination device 1 using the optical element 11 that takes these measures is projected onto a screen. Almost no light leakage was observed, indicating that light leakage was suppressed by the above measures.
図11(a)に、照明装置1の周辺、例えば、天井9に表れることがある迷光85の一例を示している。この迷光85は、光学素子11の内面16の反射面31および透過面32における反射光が要因と考えられる。
FIG. 11A shows an example of stray light 85 that may appear around the lighting device 1, for example, on the ceiling 9. This stray light 85 is thought to be caused by light reflected from the reflective surface 31 and the transmitting surface 32 of the inner surface 16 of the optical element 11.
図12に、異なる照明装置1bの一例を示す。この照明装置1bにおいては、上記にて説明した照明装置1の光学素子11の外面(出射面)15の前方19に、各層(領域)15a~15gの境界に配置された複数のルーバー(遮蔽板)90を含む。ルーバー90は、光学素子11の外面15から前方19に、出射方向と平行、すなわち、X-Y平面と平行に延びた板状の部材である。図11(b)に示すように、ルーバー90を設けた照明装置1bでは、迷光85がほとんど観測されなかった。
FIG. 12 shows an example of a different lighting device 1b. In this illumination device 1b, a plurality of louvers (shielding plates) are arranged in front 19 of the outer surface (output surface) 15 of the optical element 11 of the illumination device 1 described above, at the boundaries of each layer (region) 15a to 15g. )90 included. The louver 90 is a plate-shaped member that extends from the outer surface 15 of the optical element 11 to the front 19 in parallel to the emission direction, that is, parallel to the XY plane. As shown in FIG. 11(b), in the lighting device 1b provided with the louver 90, almost no stray light 85 was observed.
ルーバー90により、光学素子11の外面15から出力される照明光3をさらに平行にすることができ、光学素子11の内部における迷光により生成される発散光の影響を抑制できる。照明装置1bにおいては、複数のルーバー90を各層15a~15gの単位でZ軸方向に分散して配置しているが、複数の層単位で配置してもよく、層との関係はなくZ軸方向に所定の間隔で配置してもよい。複数のルーバー90の間隔および光学素子11の外面15からの突出量(長さ)は、照明領域2を照明するために要求される照明光3の平行度、迷光となる光学素子11の外面15からの発散光の強さおよび広がり(角度)などにより決定することができる。ルーバー90の長さの一例は、光学素子11の半径(光軸から外面までの距離)と同程度とすることである。ルーバー90の間隔が狭すぎると、照明先で輝度ムラが発生する要因になりやすく、ルーバー90の間隔が広すぎると、例えば上下のみに装着されている程度であると、迷光の影響を阻止しにくい。したがって、各層15a~15gの間隔でルーバー90を設けることは好適な一例である。
The louver 90 can further make the illumination light 3 output from the outer surface 15 of the optical element 11 parallel, and can suppress the influence of diverging light generated by stray light inside the optical element 11. In the lighting device 1b, the plurality of louvers 90 are arranged in units of layers 15a to 15g in a distributed manner in the Z-axis direction, but they may be arranged in units of a plurality of layers, and there is no relationship between the layers and the louvers 90 are arranged in the Z-axis direction. They may be arranged at predetermined intervals in the direction. The spacing between the plurality of louvers 90 and the amount of protrusion (length) from the outer surface 15 of the optical element 11 are determined by the parallelism of the illumination light 3 required to illuminate the illumination area 2 and the outer surface 15 of the optical element 11 that causes stray light. It can be determined by the intensity and spread (angle) of the divergent light from the source. An example of the length of the louver 90 is to make it approximately the same as the radius (distance from the optical axis to the outer surface) of the optical element 11. If the spacing between the louvers 90 is too narrow, it is likely to cause uneven brightness at the illumination destination, and if the spacing between the louvers 90 is too wide, for example, if the louvers 90 are installed only on the top and bottom, the effects of stray light may be prevented. Hateful. Therefore, it is a preferable example to provide louvers 90 at intervals of each layer 15a to 15g.
以上に説明したように、照明装置1は、回転体のレンズ(屈折器、透過性部材、光学素子)11を含み、光学素子11は扇型に開く円柱(角度の一部が欠けた円柱・回転体)であり、光学素子11の側面17aおよび17bと平行な面と光学素子11の入射面(開口)13に囲まれた空間部14は、側面17aおよび17bと平行な面に反射面23および24を有する。それらの面23および24の交点(Z軸)12の内側に光源となるLED6が配置されている。したがって、円柱状の光学素子11の内部で、回転軸上(中心軸、Z軸)12から偏心した位置に光源であるLED6が配置されるが、反射面23および24によりLED6からの光7が畳み込まれ、光源がZ軸12に存在するように光学素子11から光3が出力される。
As described above, the illumination device 1 includes a rotating lens (refractor, transparent member, optical element) 11, and the optical element 11 is a cylinder that opens in a fan shape (a cylinder with a part of the angle missing). A space 14 surrounded by a surface parallel to the side surfaces 17a and 17b of the optical element 11 and an entrance surface (aperture) 13 of the optical element 11 has a reflective surface 23 on a surface parallel to the side surfaces 17a and 17b. and has 24. An LED 6 serving as a light source is arranged inside the intersection (Z-axis) 12 of these surfaces 23 and 24. Therefore, the light source LED 6 is placed inside the cylindrical optical element 11 at a position eccentric from the rotation axis (center axis, Z axis) 12, but the light 7 from the LED 6 is reflected by the reflective surfaces 23 and 24. The light 3 is convolved and output from the optical element 11 such that the light source is on the Z-axis 12.
光学素子11は、円弧部の出射面15a~15gを含む。また、光学素子11は、内部(内面)16の底面側(開口13の側)に透過部(湾曲面内壁)33を含み、上面側(光軸方向、開口13と反対側)に全反射面31a~31fを含む。全反射面31a~31fは、傾斜面内壁(TotalInternal Reflectin)であり、Z軸12および光軸7aに垂直な方向にそろった照明光3をZ軸12の周り18に出射する。光学素子11の円弧部の出射面15a~15gがレンズ機能を備えた湾曲面を有する。したがって、光学素子11を光軸方向7aに沿った方向に切断した断面では、反射部の全反射面31a~31fに直線または曲面を有し、また出射面15a~15gも直線または曲面を有する。
The optical element 11 includes arcuate exit surfaces 15a to 15g. The optical element 11 also includes a transmitting part (curved inner wall) 33 on the bottom side (the side of the aperture 13) of the interior (inner surface) 16, and a total reflection surface on the top side (in the optical axis direction, opposite to the aperture 13). 31a to 31f. The total reflection surfaces 31a to 31f are inclined inner walls (Total Internal Reflectins), and emit illumination light 3 aligned in a direction perpendicular to the Z axis 12 and the optical axis 7a to a direction 18 around the Z axis 12. Output surfaces 15a to 15g of the arc portion of the optical element 11 have curved surfaces with a lens function. Therefore, in a cross section taken along the optical axis direction 7a of the optical element 11, the total reflection surfaces 31a to 31f of the reflecting portion have straight or curved surfaces, and the output surfaces 15a to 15g also have straight or curved surfaces.
このため、光学装置10により、光源(LED)6からの光7が効率よく、また、より均等に、ライン状または方形状の配光に変換される。したがって、光学装置10を用いることにより、ライン状または方形状の領域を、より均等で明るく照明できる照明装置1を提供できる。
Therefore, the optical device 10 efficiently and more uniformly converts the light 7 from the light source (LED) 6 into a linear or rectangular light distribution. Therefore, by using the optical device 10, it is possible to provide the illumination device 1 that can more uniformly and brightly illuminate a linear or rectangular region.
図13(a)に、さらに異なる照明装置1cの側面を示し、図13(b)に照明装置1cを上から見た様子を示す。また、図14に照明装置1cを構成する要素に展開した状態を示し、図15に、照明装置1cの概略構成を、装置1cの中心に沿った断面XV-XV(図13(b)参照)で切断した断面図を用いて示す。さらに、図16に、この照明装置1cにおいて、照明光3が出力される概要を示している。照明装置1cは、光源となるLED6からの光(第1の光)7を照明光3に変換して出力する光学装置10と、第1の光7を出力するLED6を搭載した基板6aとを有する。光学装置10は、第1の軸(Z軸)12に沿って入射される、第1の軸12に平行な光軸7aを備えた配光特性の第1の光7の少なくとも一部を、第1の軸12の周りの角度θの略円弧状の第1の範囲に反射するように配置された第1の反射面31と、第1の軸12で交差し、第1の反射面31を挟むように配置された第2の反射面23および第3の反射面24と、第1の反射面31で反射された光71の少なくとも一部を屈折して第1の軸12の周りに出力する透光性の出射面15を含む。
FIG. 13(a) shows a side view of a still different lighting device 1c, and FIG. 13(b) shows a top view of the lighting device 1c. Further, FIG. 14 shows the expanded state of the elements constituting the lighting device 1c, and FIG. 15 shows the schematic configuration of the lighting device 1c, taken along the cross section XV-XV along the center of the device 1c (see FIG. 13(b)). This is shown using a cross-sectional view taken at . Furthermore, FIG. 16 shows an outline of how the illumination light 3 is output in this illumination device 1c. The illumination device 1c includes an optical device 10 that converts light (first light) 7 from an LED 6 serving as a light source into illumination light 3 and outputs it, and a substrate 6a on which the LED 6 that outputs the first light 7 is mounted. have The optical device 10 receives at least a portion of the first light 7 that is incident along the first axis (Z-axis) 12 and has a light distribution characteristic having an optical axis 7a parallel to the first axis 12. A first reflective surface 31 arranged to reflect in a first range of a substantially circular arc shape at an angle θ around the first axis 12; The second reflective surface 23 and the third reflective surface 24 are arranged to sandwich the light 71, and at least a part of the light 71 reflected by the first reflective surface 31 is refracted around the first axis 12. It includes a light-transmitting output surface 15 for outputting light.
光学装置10は、さらに具体的には、第2の反射面23を備えた第1の反射部材21と、第3の反射面24を備えた第2の反射部材22とが、第1の軸12において角度θで交差した折り曲げミラー20と、内面16に第1の反射面31を備え、外面が出射面15となった透光性の光学素子11とを含む。第1の反射面31は、第1の軸12に沿った方向で分割された複数の反射弧面31a~31dを含み、これら複数の反射弧面31a~31dにより反射された光71の少なくとも一部を屈折して第1の軸12の周りに出力する透光性の出射面15は、第1の軸12に沿った方向の断面が周期的な凹凸形状40を含む。光学素子11は、内面16の第1の光7の入射側(最下段)に、第1の光7を透過する透過面33をさらに含み、透過面33は、第1の光7の広角(周辺)の成分を屈折して出射面15に導く。出射面15は、屈折により第1の軸12に対して方向が変わった光(本例においては、第1の軸12に対して略直交する方向の光)72を照明光3として出力する部分(領域)も含み、出射面15の全体にわたり、Z軸12に沿った方向に周期的な凹凸40が形成されている。
More specifically, in the optical device 10, a first reflecting member 21 having a second reflecting surface 23 and a second reflecting member 22 having a third reflecting surface 24 are arranged along the first axis. 12 and a translucent optical element 11 having a first reflective surface 31 on its inner surface 16 and an output surface 15 on its outer surface. The first reflective surface 31 includes a plurality of reflective arc surfaces 31a to 31d divided in the direction along the first axis 12, and at least one of the light 71 reflected by the plurality of reflective arc surfaces 31a to 31d. The light-transmitting output surface 15 that refracts the light beam and outputs the light around the first axis 12 includes a periodic uneven shape 40 in a cross section along the first axis 12 . The optical element 11 further includes a transmitting surface 33 that transmits the first light 7 on the inner surface 16 on the incident side (lowermost stage) of the first light 7, and the transmitting surface 33 has a wide-angle ( peripheral components) are refracted and guided to the exit surface 15. The exit surface 15 is a portion that outputs light 72 whose direction has changed with respect to the first axis 12 due to refraction (in this example, light in a direction substantially perpendicular to the first axis 12) as illumination light 3. Periodic unevenness 40 is formed in the direction along the Z-axis 12 over the entire emission surface 15 including (region).
第1の軸(Z軸)12に沿った方向の周期的な凹凸形状40は、Z軸方向に凹形状41と凸形状42とが所定のピッチで繰り返される形状を含み、正弦波形状であってもよく、Z字状に直線が何度も折れ曲がったジグザグ形状であってもよく、直線と曲線とが組み合わされた形状であってもよく、凹形状41と凸形状42とが相互に繰り返し表れる形状を示す。周期的な凹凸形状40は、凹凸のピークと谷との距離(幅)である振幅と、繰り返しのピッチ(周期)とがZ軸12の方向に一定であってもよく、Z軸12の方向に所定の関数で変化するものであってもよい。周期的な凹凸形状40は、凹凸の振幅と周期とがZ軸12の周りの方向(周方向、θ方向)に一定であってもよく、θ方向に所定の関数で変化するものであってもよい。出射面15は、周方向に、周期的な凹凸形状を備えていてもよい。
The periodic uneven shape 40 in the direction along the first axis (Z-axis) 12 includes a shape in which concave shapes 41 and convex shapes 42 are repeated at a predetermined pitch in the Z-axis direction, and has a sine wave shape. It may be a zigzag shape in which a straight line is bent many times in a Z shape, or it may be a shape in which a straight line and a curved line are combined, and the concave shape 41 and the convex shape 42 may be repeated mutually Shows the shape that appears. The periodic uneven shape 40 may have an amplitude, which is the distance (width) between the peak and valley of the unevenness, and a repetition pitch (period) that is constant in the direction of the Z-axis 12. It may also change according to a predetermined function. In the periodic uneven shape 40, the amplitude and period of the unevenness may be constant in the direction around the Z-axis 12 (circumferential direction, θ direction), or may vary in the θ direction according to a predetermined function. Good too. The output surface 15 may have a periodic uneven shape in the circumferential direction.
透光性の出射面15は、第1の軸12に沿った方向の断面が、所定の間隔で設けられた複数の変曲点45を含んでもよい。複数の変曲点45の各々は、凸形状42から凹形状41、または凹形状41から凸形状42に変わる点、曲線から直線、または直線から曲線に変わる点、および、直線の傾きの方向が変わる点の少なくともいずれかであってもよい。
The light-transmitting exit surface 15 may include a plurality of inflection points 45 provided at predetermined intervals in a cross section along the first axis 12 . Each of the plurality of inflection points 45 is a point at which the convex shape 42 changes to the concave shape 41 or from the concave shape 41 to the convex shape 42, a point at which the curve changes from a straight line, or from a straight line to a curved line, and a point where the direction of the slope of the straight line changes. It may be at least one of the points that change.
周期的な凹凸形状40および/または所定の間隔で設けられた複数の変曲点45を含む出射面15は、出力される照明光3に作用し、照明光3の垂直方向の強度分布(光度分布)をより均一にする効果を含む。周期的な凹凸形状40の周期または変曲点45の間隔は、光学素子11の複数の反射面31a~31dおよび透過面33と対応していてもよく、対応していなくてもよい。強度分布を一定にする効果を得やすくするためには、複数の反射弧面31a~31dのそれぞれに対面した外周面(出射面)15の範囲15a~15d、および透過面33に対応した範囲15gに、少なくとも1つの周期的な凹凸形状40を含んでもよい。周期的な凹凸形状40は、複数の反射弧面31a~31dおよび透過面33のそれぞれに対面した範囲15a~15dおよび15gに、複数の凹形状41または凸形状42を含んでもよい。各反射面31a~31dで反射された光71は、外面15において、2以上の凹41および/または凸42が設けられた出射面に入射する。各反射面31a~31dに対応する凹凸の数は任意に設けることができる。各反射面31a~31dに対応して少なくとも1つの凹形状41および凸形状42の組み合わせが配置されるように周期(ピッチ)を設定することにより、光学素子11の外面である出射面15と、内面16である反射面31の数(段数)とを切り離して設計を進めることが可能となり、光学素子11の設計の自由度が向上する。
The output surface 15 including a periodic uneven shape 40 and/or a plurality of inflection points 45 provided at predetermined intervals acts on the output illumination light 3 and changes the vertical intensity distribution (luminous intensity) of the illumination light 3. This includes the effect of making the distribution more uniform. The period of the periodic uneven shape 40 or the interval between the inflection points 45 may or may not correspond to the plurality of reflective surfaces 31a to 31d and the transmitting surface 33 of the optical element 11. In order to easily obtain the effect of making the intensity distribution constant, the ranges 15a to 15d of the outer circumferential surface (output surface) 15 facing each of the plurality of reflection arc surfaces 31a to 31d, and the range 15g corresponding to the transmission surface 33. may include at least one periodic uneven shape 40. The periodic uneven shape 40 may include a plurality of concave shapes 41 or convex shapes 42 in ranges 15a to 15d and 15g facing each of the reflective arc surfaces 31a to 31d and the transmitting surface 33. The light 71 reflected by each of the reflecting surfaces 31a to 31d enters an exit surface on the outer surface 15, which is provided with two or more concave portions 41 and/or convex portions . The number of projections and depressions corresponding to each of the reflecting surfaces 31a to 31d can be set arbitrarily. By setting the period (pitch) so that at least one combination of a concave shape 41 and a convex shape 42 is arranged corresponding to each of the reflective surfaces 31a to 31d, the output surface 15, which is the outer surface of the optical element 11, It becomes possible to proceed with the design separately from the number (number of stages) of the reflective surfaces 31 that are the inner surface 16, and the degree of freedom in designing the optical element 11 is improved.
同様に、出射面15の第1の軸12に沿った方向の断面は、複数の反射弧面31a~31dのそれぞれに対面した範囲15a~15dに、少なくとも2つの変曲点45を含んでもよい。透過面33に対応する範囲15gにおいても同様である。外周面15のそれぞれの範囲15a~15dおよび15gに少なくとも2つの変曲点45を含むことにより、凹から凸および凸から凹に変わる形状、凸から凹および凹から凸に変わる形状がそれぞれの範囲に少なくとも含まれる。このため、外面15に達して光71は、外面15で、第1の軸12に沿った方向で平行化される代わりに、収束および発散が交互に繰り返され、照明領域2に到達する際は、照明領域2のある部分は、出射面15の様々な領域15a~15dおよび15gを通って出力された照明光3により照らされ、照明の強度分布(輝度分布)が平均化される。
Similarly, the cross section of the exit surface 15 in the direction along the first axis 12 may include at least two inflection points 45 in ranges 15a to 15d facing each of the plurality of reflective arc surfaces 31a to 31d. . The same applies to the range 15g corresponding to the transmission surface 33. By including at least two inflection points 45 in each of the ranges 15a to 15d and 15g of the outer circumferential surface 15, shapes that change from concave to convex, from convex to concave, from convex to concave, and from concave to convex can be changed in each range. included at least. Therefore, the light 71 reaching the outer surface 15 instead of being collimated at the outer surface 15 in the direction along the first axis 12 undergoes alternating convergence and divergence, and when reaching the illumination area 2 A certain portion of the illumination area 2 is illuminated by the illumination light 3 output through various areas 15a to 15d and 15g of the exit surface 15, and the intensity distribution (brightness distribution) of the illumination is averaged.
図16に、周期的な凹凸形状40として、Z軸12に沿って、例えば正弦波形状が形成された光学素子11において、典型的な光線の挙動を模式的に示している。凹凸形状40の凹形状41は凹レンズとして光を発散させ、凸形状42は凸レンズとして光を集束させる働きを持つ。したがって、複数の反射面31a~31dにより反射されて外面15から出射される光は、集束と発散の領域が交互に表れる。1つの反射面により反射されて出射面に向かう光は、集束と発散という異なる光路を辿ることになるため、照明ムラの品質を改善することができる。
FIG. 16 schematically shows typical behavior of light rays in the optical element 11 in which, for example, a sinusoidal wave shape is formed along the Z-axis 12 as the periodic uneven shape 40. The concave shape 41 of the concavo-convex shape 40 functions as a concave lens to diverge light, and the convex shape 42 functions as a convex lens to converge light. Therefore, the light reflected by the plurality of reflective surfaces 31a to 31d and emitted from the outer surface 15 alternately shows areas of convergence and divergence. Since the light reflected by one reflective surface and directed toward the output surface follows different optical paths of convergence and divergence, the quality of illumination unevenness can be improved.
出射面15は、出射面15を介して出力される照明光3の第1の軸12の周りの配光を制御する部分、すなわち、Z軸周りに周期的な凹凸の周期や振幅、変曲点の位置、間隔などが変化する部分を含んでもよい。Z軸12に直交する水平方向(X-Y面)の各位置において、Z軸方向(垂直方向)の配光をより制御するために、Z軸周りの角度θの各位置に応じて光学素子11の外面15の形状を設定してもよい。図13(b)および図14に示すように、この照明装置1cについて、光学素子11は、Z軸12と直交する平面(X-Y平面)で見た平面視において、中心θ0からの開き角θ1が0度、15度、30度、45度の位置において、それぞれ垂直方向(Z軸方向)の配光が均一になるように設計された周期的な凹凸形状40が実装されている。したがって、光学素子11の、開き角θ1が0度、15度、30度、45度の位置において、出射面15の周期的な凹凸形状40の振幅および/または周期が異なる部分(領域)15xを備えていてもよい。これらの角度の間の出射面15の形状は、隣接する断面の凹凸形状40を補間しシームレスな面を形成するように設計することが可能である。
The exit surface 15 is a part that controls the light distribution around the first axis 12 of the illumination light 3 outputted through the exit surface 15, that is, the period, amplitude, and inflection of periodic irregularities around the Z axis. It may also include a portion where the position, interval, etc. of points change. In order to better control the light distribution in the Z-axis direction (vertical direction) at each position in the horizontal direction (XY plane) perpendicular to the Z-axis 12, optical elements are adjusted at each position of the angle θ around the Z-axis. The shape of the outer surface 15 of 11 may be set. As shown in FIGS. 13(b) and 14, in this illumination device 1c, the optical element 11 has an opening angle from the center θ0 in a plan view on a plane (XY plane) perpendicular to the Z-axis 12. At positions where θ1 is 0 degrees, 15 degrees, 30 degrees, and 45 degrees, periodic concavo-convex shapes 40 designed to make the light distribution uniform in the vertical direction (Z-axis direction) are mounted. Therefore, at the positions of the optical element 11 where the aperture angle θ1 is 0 degrees, 15 degrees, 30 degrees, and 45 degrees, portions (regions) 15 You may be prepared. The shape of the exit surface 15 between these angles can be designed so as to form a seamless surface by interpolating the uneven shapes 40 of adjacent cross sections.
また、光学素子11の出射面15の設計は、TIRプリズム39を備えた内面16の形状とは基本的に独立して設計できる。このため、内面16の設計が同じでも、外面である出射面15の設計を変えることができる。このため、照明対象となる領域2との距離などに応じて、垂直方向の配光分布を適切に制御し、照明領域2における長手方向(水平方向)の輝度分布がさらに均一になるような光学素子11を提供できる。出射面15は、中心θ0に対して水平方向(開き角θ1)に対称に設計してもよく、照明領域2の関係で、非対称に設計してもよい。
Furthermore, the design of the exit surface 15 of the optical element 11 can be designed basically independently of the shape of the inner surface 16 provided with the TIR prism 39. Therefore, even if the design of the inner surface 16 is the same, the design of the output surface 15, which is the outer surface, can be changed. For this reason, an optical system that appropriately controls the light distribution in the vertical direction depending on the distance to the area 2 to be illuminated, and makes the luminance distribution in the longitudinal direction (horizontal direction) in the illumination area 2 more uniform. An element 11 can be provided. The exit surface 15 may be designed symmetrically in the horizontal direction (opening angle θ1) with respect to the center θ0, or may be designed asymmetrically due to the illumination area 2.
この光学素子11では、内面16に複数の反射弧面31a~31dが配置され、それぞれは第1の軸12を中心とした同心円弧状の反射面(全反射面)を含み、さらに、それぞれの反射面31a~31dに対応する透過面32a~32dを含む。したがって、光学素子11では、内面16には、多段のTIR(全反射)プリズム39が形成されている。
In this optical element 11, a plurality of reflection arc surfaces 31a to 31d are arranged on the inner surface 16, each of which includes a concentric arc-shaped reflection surface (total reflection surface) centered on the first axis 12, and It includes transparent surfaces 32a to 32d corresponding to surfaces 31a to 31d. Therefore, in the optical element 11, a multistage TIR (total internal reflection) prism 39 is formed on the inner surface 16.
光学装置10は、さらに、第1の光7の光軸7a上の成分が第1の反射面31に直に入力されることを回避する制御部材79を含む。この制御部材は、遮光(吸光)する制御部材であってもよく、反射または拡散する制御部材であってもよい。本例において、光学装置10は、折り曲げミラー20の第1の軸12に沿った最上部に、第1の軸12から扇形に突き出た遮光性あるいは非反射性の制御部材79を含む。制御部材79は、LED6からの第1の光7の光軸7aの周りの一部、例えば、仰角φ1の成分を吸収し、光学素子11に入力されないようにしている。制御部材79は、第1の軸12に沿って延びた逆円錐などの鏡面あるいは散乱面であってもよく、仰角φ0の成分を適切に光学素子11に供給できるものであってもよい。
The optical device 10 further includes a control member 79 that prevents the component of the first light 7 on the optical axis 7a from being directly input to the first reflective surface 31. This control member may be a control member that blocks (absorbs) light, or may be a control member that reflects or diffuses light. In this example, the optical device 10 includes, at the top of the folding mirror 20 along the first axis 12, a light-blocking or non-reflective control member 79 that projects from the first axis 12 in a fan shape. The control member 79 absorbs a portion of the first light 7 from the LED 6 around the optical axis 7a, for example, a component at an elevation angle φ1, and prevents it from being input to the optical element 11. The control member 79 may be a mirror surface or a scattering surface such as an inverted cone extending along the first axis 12, or may be capable of appropriately supplying the component of the elevation angle φ0 to the optical element 11.
図17は、Z軸(第1の軸)12に沿って、反射面31に入射される光の、仰角φに対する取込効率を示したグラフである。仰角φが80°では97%の取込効率があり、仰角φが80°~90°、すなわちLED6から真上の方向に出る仰角φ1の光を捨てても、光損失量は3%程度であることがわかる。
FIG. 17 is a graph showing the capture efficiency of light incident on the reflective surface 31 along the Z-axis (first axis) 12 with respect to the elevation angle φ. When the elevation angle φ is 80°, there is a capture efficiency of 97%, and even if the elevation angle φ is 80° to 90°, that is, even if you discard the light at the elevation angle φ1 that is emitted directly above from the LED 6, the amount of light loss is about 3%. I understand that there is something.
一方、図16に破線で示すように、仰角80°~90°の光を含めて、Z軸12に対して他の角度、例えば、Z軸12に垂直方向に反射する反射面31xを形成するために要する体積は、光学素子11の全体の体積の約15%に相当する。図16に示すように、本例の光学素子11は、仰角φが80°~90°(仰角φ1)の光を反射する面を含む反射面31xの代わりに、仰角φ1を省いて反射する面31aを採用することにより、厚みが薄く、小型化している。このため、この光学素子11を採用することにより、LED6からの光から照明光3に変換する効率がほとんど低下しないコンパクトな光学装置10および照明装置1cを提供できる。
On the other hand, as shown by the broken line in FIG. 16, a reflecting surface 31x is formed that includes light having an elevation angle of 80° to 90° and reflects it at another angle with respect to the Z-axis 12, for example, in a direction perpendicular to the Z-axis 12. The volume required for this corresponds to approximately 15% of the total volume of the optical element 11. As shown in FIG. 16, the optical element 11 of this example has a surface that reflects light with an elevation angle φ1 omitted, instead of a reflective surface 31x that includes a surface that reflects light with an elevation angle φ of 80° to 90° (elevation angle φ1). By adopting 31a, the thickness is reduced and the size is reduced. Therefore, by employing this optical element 11, it is possible to provide a compact optical device 10 and lighting device 1c in which the efficiency of converting the light from the LED 6 into the illumination light 3 hardly decreases.
このように、光学素子11は、LED6から出力されたランバーシアン配光分布を備えた第1の光7を第1の光7の光軸7aと異なる角度、典型的には直交する方向に、光軸7aの周りの角度θの所定の範囲(第1の範囲)に反射することにより光の強度分布を制御する第1の反射面31と、この反射面31とは独立して設計でき、反射された光71を屈折して出力することにより、照明する対象の領域2に合致した形状と強度分布とを備えた照明光3を出力する円筒状または弧面状の出射面15とを備えている。さらに、円筒状または弧面状の出射面15の長手方向(垂直方向)に周期的な凹凸形状40を設けることにより照明光3の垂直方向(Z方向)の広がりや強度分布を制御することができ、出射面15の周方向の形状を調整することにより、周方向(水平方向、XY方向)の広がりや強度分布を制御することができる。したがって、この光学素子11を備えた光学装置10および照明装置1により、様々な面積、形状または構成の領域2に対して、その領域2の全体を、より均一に照明できる照明光3を出力できる。
In this way, the optical element 11 directs the first light 7 having a Lambertian light distribution output from the LED 6 at a different angle from the optical axis 7a of the first light 7, typically in a direction perpendicular to the optical axis 7a of the first light 7. The first reflecting surface 31 that controls the intensity distribution of light by reflecting it in a predetermined range (first range) of the angle θ around the optical axis 7a and this reflecting surface 31 can be designed independently, It includes a cylindrical or arcuate exit surface 15 that refracts and outputs the reflected light 71 to output illumination light 3 having a shape and intensity distribution matching the area 2 of the object to be illuminated. ing. Furthermore, by providing periodic uneven shapes 40 in the longitudinal direction (vertical direction) of the cylindrical or arcuate exit surface 15, it is possible to control the spread and intensity distribution of the illumination light 3 in the vertical direction (Z direction). By adjusting the circumferential shape of the emission surface 15, the circumferential spread (horizontal direction, XY direction) and intensity distribution can be controlled. Therefore, the optical device 10 and illumination device 1 equipped with this optical element 11 can output illumination light 3 that can more uniformly illuminate the entire area 2 of various areas, shapes, or configurations. .
図18から図21に、異なる形状または構成の領域2に適した照明装置用の光学素子11の幾つかの例を示している。図18に示した光学素子11は、水平方向の広がりが標準的な、いわゆる中配光の照明光3を出力する光学素子11である。図18(a)に示すように、光学素子11の外面(出射面)15は、中心の第1の軸12の周りに広がった円弧状である。図18(b)に、断面で示すように、光学素子11の出射面15には、照明光3の第1の軸12に沿った垂直方向の広がりを制御する、周期的な凹凸形状40を備えている。
18 to 21 show several examples of optical elements 11 for illumination devices suitable for regions 2 of different shapes or configurations. The optical element 11 shown in FIG. 18 is an optical element 11 that outputs illumination light 3 having a standard spread in the horizontal direction and having a so-called medium distribution. As shown in FIG. 18(a), the outer surface (output surface) 15 of the optical element 11 has an arc shape that spreads around the first axis 12 at the center. As shown in cross section in FIG. 18(b), the output surface 15 of the optical element 11 has a periodic uneven shape 40 that controls the spread of the illumination light 3 in the vertical direction along the first axis 12. We are prepared.
図19に示した光学素子11は、水平方向の広がりは中配光であるが、第1の軸12に沿った垂直方向の広がりが大きな照明光3を出力する光学素子11の一例である。図19(a)に示すように、光学素子11の外面(出射面)15は、中心の第1の軸12の周りに広がった円弧状である。図19(b)に、断面で示すように、光学素子11の出射面15に設けられた周期的な凹凸形状40の振幅(例えば、凸形状42のピークと、凹形状41の底と間の距離、高さ、サグ量)は、図18(b)に示した凹凸形状40の振幅より大きくてもよい。周期的な凹凸形状40は、図19(b)に示すように、正弦波形状のように湾曲した面の集合であってもよく、図19(c)に示すように、ジグザグ形状のような角度の異なる直線(斜面)の集合であってもよい。
The optical element 11 shown in FIG. 19 is an example of an optical element 11 that outputs illumination light 3 that has a medium spread in the horizontal direction but has a large spread in the vertical direction along the first axis 12. As shown in FIG. 19(a), the outer surface (output surface) 15 of the optical element 11 is in the shape of an arc expanding around the first axis 12 at the center. As shown in cross section in FIG. 19(b), the amplitude of the periodic uneven shape 40 provided on the output surface 15 of the optical element 11 (for example, the amplitude between the peak of the convex shape 42 and the bottom of the concave shape 41) (distance, height, sag amount) may be larger than the amplitude of the uneven shape 40 shown in FIG. 18(b). The periodic uneven shape 40 may be a collection of curved surfaces like a sine wave shape, as shown in FIG. 19(b), or a zigzag shape as shown in FIG. 19(c). It may also be a collection of straight lines (slopes) with different angles.
図20(a)に示した光学素子11は、水平方向が狭い領域2を照明するのに適した例である。光学素子11の出射面15は、狭配光の照明光3を出力するのに適した形状、例えば、曲率が大きな(曲率半径が小さな)面を備えている。図20(b)に示した光学素子11は、水平方向が広い(長い)領域2を照明するのに適した例である。配光角度を広げる一例は、周方向にも1または複数の凹凸の形状を配置することである。図20(b)に示すように、第1の軸12に垂直な方向の断面(水平方向の断面、平面視)において、出射面15を、開き角が0度の位置で凹形状とし、両側で凸形状となるように設計することができる。水平方向の断面が双葉あるいは凸凹凸形状の出射面15を備えた光学素子11は、水平方向に長い領域2を照明するための広配光の照明光3を出力するために適している。図20(c)に示した光学素子11は、円柱の内面に周方向に延びたライン状の領域2の照明に適した例である。
The optical element 11 shown in FIG. 20(a) is an example suitable for illuminating a narrow region 2 in the horizontal direction. The output surface 15 of the optical element 11 has a shape suitable for outputting the illumination light 3 with a narrow light distribution, for example, a surface with a large curvature (a small radius of curvature). The optical element 11 shown in FIG. 20(b) is an example suitable for illuminating a wide (long) region 2 in the horizontal direction. An example of widening the light distribution angle is to arrange one or more uneven shapes also in the circumferential direction. As shown in FIG. 20(b), in a cross section perpendicular to the first axis 12 (horizontal cross section, plan view), the exit surface 15 has a concave shape at a position where the opening angle is 0 degrees, and both sides It can be designed to have a convex shape. The optical element 11 having an output surface 15 having a double-lobed or uneven cross section in the horizontal direction is suitable for outputting illumination light 3 with a wide light distribution for illuminating a horizontally long area 2. The optical element 11 shown in FIG. 20(c) is an example suitable for illuminating a line-shaped region 2 extending in the circumferential direction on the inner surface of a cylinder.
図21(a)に示した光学素子11は、複数のライン状の面がコ字形に組み合わされた立体的な面(領域)2の照明に適している例である。この光学素子11の出射面15の第1の軸12に垂直な方向の断面は、コ字形の中央に向き合った、開き角が0度の位置では、直線状または曲率半径が大きい凸または凹に湾曲した部分15yであり、コ字形の垂直に折れ曲がった位置に対応する箇所では凸状15zであり、このような出射面15の形状を採用することにより、コ字形の内壁をライン状に均一に照明するのに適した光学素子11を提供できる。
The optical element 11 shown in FIG. 21A is an example suitable for illuminating a three-dimensional surface (region) 2 in which a plurality of linear surfaces are combined in a U-shape. The cross section of the exit surface 15 of this optical element 11 in the direction perpendicular to the first axis 12 is straight or convex or concave with a large radius of curvature at a position facing the center of the U-shape and having an opening angle of 0 degrees. It is a curved portion 15y, and a convex portion 15z corresponding to the vertically bent position of the U-shape. By adopting such a shape of the output surface 15, the inner wall of the U-shape can be uniformly lined. An optical element 11 suitable for illumination can be provided.
図21(b)に示した光学素子11は、複数のライン状の面がV字形に組み合わされた立体的な面(領域)2の照明に適している例である。この光学素子11の出射面15の第1の軸12に垂直な方向の断面は、V字形に面が交差した位置に対応する箇所に向かって凸状15zであり、このような出射面15の形状を採用することにより、V字形の内壁をライン状に均一に照明するのに適した光学素子11を提供できる。
The optical element 11 shown in FIG. 21(b) is an example suitable for illuminating a three-dimensional surface (region) 2 in which a plurality of linear surfaces are combined in a V-shape. A cross section of the exit surface 15 of this optical element 11 in a direction perpendicular to the first axis 12 has a convex shape 15z toward a location corresponding to a position where the surfaces intersect in a V shape. By adopting this shape, it is possible to provide an optical element 11 suitable for uniformly illuminating a V-shaped inner wall in a line.
図21(c)に示した光学素子11は、複数のライン状の面がL字形に非対称に組み合わされた立体的な面(領域)2の照明に適している例である。この光学素子11の出射面15の第1の軸12に垂直な方向の断面は、L字形に面が交差した位置に対応する箇所に向かって凸状15zである、第1の軸12の周りに非対称な出射面15の形状を採用することにより、L字形の内壁をライン状に均一に照明するのに適した光学素子11を提供できる。
The optical element 11 shown in FIG. 21(c) is an example suitable for illuminating a three-dimensional surface (region) 2 in which a plurality of linear surfaces are asymmetrically combined in an L-shape. A cross section of the exit surface 15 of this optical element 11 in a direction perpendicular to the first axis 12 has a convex shape 15z toward a location corresponding to a position where the surfaces intersect in an L-shape, around the first axis 12. By adopting the asymmetrical shape of the output surface 15, it is possible to provide an optical element 11 suitable for uniformly illuminating the L-shaped inner wall in a line.
以上に述べたように、第1の軸12に沿った方向の断面における出射面(外面)15の形状および第1の軸12に垂直な方向の断面における出射面15の形状を制御することで、配光特性の異なる照明光3を出力できる。このため、この出射面15を備えた光学素子11を含む照明装置1であれば、照射対象となる様々な構成のライン状の領域2をより均一に照明できる照明装置1を提供できる。
As described above, by controlling the shape of the exit surface (outer surface) 15 in the cross section in the direction along the first axis 12 and the shape of the exit surface 15 in the cross section in the direction perpendicular to the first axis 12. , it is possible to output illumination light 3 having different light distribution characteristics. Therefore, if the illumination device 1 includes the optical element 11 provided with the output surface 15, it is possible to provide the illumination device 1 that can more uniformly illuminate the linear regions 2 of various configurations to be irradiated.
図22に、照明装置1dの異なる例を示している。図23に、照明装置1dの取り付けられていた放熱フィン59を取り外した状態を示し、図24に、照明装置1を構成要素に展開した様子を示している。この照明装置1dは、モジュール灯具の一例であり、光学素子11の前面(外面)の出射面15の周囲を覆う遮光性のマスク51を含む。出射面15の外側で、出射面15の周囲を覆う遮光性のマスク51は、グレアおよび迷光対策としての機能を含む。照明装置1では、内面16に第1の反射面31を備えた光学素子11と、第2の反射面23および第3の反射面24を備え、光学素子11の内面16を挟み込むように設置される折り曲げミラー(板金ミラー)24と、光学素子11の出射面15の周囲を覆う、四角いラッパ状の遮光性のマスク51と、光学素子11、板金ミラー20およびマスク51を組み立てるための樹脂筐体52、53および54と、光源となるLED6が搭載された基板6aと、基板6aを支持するとともに、LED6からの熱を放熱フィン59に逃がすための板金ヒートスプレッタ58とを含む。
FIG. 22 shows different examples of the lighting device 1d. FIG. 23 shows a state in which the radiation fin 59 to which the lighting device 1d was attached has been removed, and FIG. 24 shows a state in which the lighting device 1 is expanded into its constituent elements. This lighting device 1d is an example of a module lighting device, and includes a light-shielding mask 51 that covers the periphery of the output surface 15 on the front surface (outer surface) of the optical element 11. A light-shielding mask 51 that covers the periphery of the exit surface 15 on the outside of the exit surface 15 has a function as a countermeasure against glare and stray light. The illumination device 1 includes an optical element 11 having a first reflective surface 31 on an inner surface 16, a second reflective surface 23, and a third reflective surface 24, and is installed to sandwich the inner surface 16 of the optical element 11. a folding mirror (sheet metal mirror) 24; a rectangular trumpet-shaped light-shielding mask 51 that covers the periphery of the exit surface 15 of the optical element 11; and a resin casing for assembling the optical element 11, the sheet metal mirror 20, and the mask 51. 52, 53, and 54, a board 6a on which an LED 6 serving as a light source is mounted, and a sheet metal heat spreader 58 that supports the board 6a and releases heat from the LED 6 to a heat radiation fin 59.
図25(a)に、さらに異なる照明装置1eの側面を示し、図25(b)に照明装置1eを上から見た様子を示す。また、図26に照明装置1eを構成する要素に展開した状態を示し、図27に、照明装置1eの概略構成を、装置1eの中心に沿った断面XXVII-XXVII(図25(b)参照)で切断した断面図を用いて示す。照明装置1eは、光源となるLED6からの光(第1の光)7を照明光3に変換して出力する光学装置10と、第1の光7を出力するLED6を搭載した基板6aとを有する。光学装置10は、第1の軸(Z軸)12に沿って入射される、第1の軸12に平行な光軸7aを備えたランバーシアン配光の第1の光7の少なくとも一部を、第1の軸12の周りの角度θの略円弧状の第1の範囲に、光軸7a(第1の軸(Z軸)12)に対して垂直な方向にほぼコリメートされた状態の光71として反射するように配置された第1の反射面31と、第1の軸12で交差し、第1の反射面31を挟むように配置された第2の反射面23および第3の反射面24と、第1の反射面31で反射された光71の少なくとも一部を屈折して第1の軸12の周りに出力する透光性の出射面15と、出射面15から突き出た複数の遮光性のルーバー90とを含む。
FIG. 25(a) shows a side view of a still different lighting device 1e, and FIG. 25(b) shows a top view of the lighting device 1e. Further, FIG. 26 shows a state in which the elements constituting the lighting device 1e are expanded, and FIG. 27 shows a schematic configuration of the lighting device 1e in a cross section XXVII-XXVII along the center of the device 1e (see FIG. 25(b)). This is shown using a cross-sectional view taken at . The illumination device 1e includes an optical device 10 that converts light (first light) 7 from an LED 6 serving as a light source into illumination light 3 and outputs it, and a substrate 6a on which the LED 6 that outputs the first light 7 is mounted. have The optical device 10 receives at least a portion of the first light 7 having a Lambertian light distribution, which is incident along a first axis (Z-axis) 12 and has an optical axis 7a parallel to the first axis 12. , the light is almost collimated in a direction perpendicular to the optical axis 7a (first axis (Z-axis) 12) in a first range having a substantially circular arc shape at an angle θ around the first axis 12. A first reflecting surface 31 arranged to reflect as 71, a second reflecting surface 23 and a third reflecting surface intersecting at the first axis 12 and arranged so as to sandwich the first reflecting surface 31. a light-transmitting output surface 15 that refracts at least a portion of the light 71 reflected by the first reflective surface 31 and outputs the light 71 around the first axis 12; and a light-shielding louver 90.
光学装置10の構成は、ルーバー90を含む以外は、上記に示した例とほぼ同様の構成であり、第2の反射面23と第3の反射面24を備えた折り曲げミラー20と、内面16に第1の反射面31を備え、外面が出射面15となった透光性の光学素子11とを含む。光学素子11は、内側に、複数の反射弧面31a~31dと、これら複数の反射弧面31a~31dにそれぞれ対応する複数の透過面32a~32dとを含む多段状の内面16を備え、外側に、周期的な凹凸形状40および/または複数の変曲点45を含む出射面15を備え、第1の軸12に垂直な断面が、第1の軸12の周りの角度θが180度以下または未満の略扇形で、透光性の部材である。複数の反射弧面31a~31dと、これら複数の反射弧面31a~31dにそれぞれ対応する複数の透過面32a~32dとは、それぞれが全反射(TIR)プリズム39を構成し、光学素子11の内面16は、第1の軸12に沿って多段のTIRプリズム39が配置された構成となっている。
The configuration of the optical device 10 is almost the same as the example shown above except for including the louver 90, and includes a bending mirror 20 having a second reflective surface 23 and a third reflective surface 24, and an inner surface 16. The light-transmitting optical element 11 includes a first reflective surface 31 and a light-transmitting optical element 11 whose outer surface is an output surface 15 . The optical element 11 has a multi-stage inner surface 16 including a plurality of reflecting arc surfaces 31a to 31d and a plurality of transmitting surfaces 32a to 32d corresponding to the plurality of reflecting arc surfaces 31a to 31d, respectively. is provided with an exit surface 15 including a periodic uneven shape 40 and/or a plurality of inflection points 45, and a cross section perpendicular to the first axis 12 has an angle θ around the first axis 12 of 180 degrees or less. It is a translucent member that has a substantially sector-shaped shape of approximately 100 mm or less. The plurality of reflection arc surfaces 31a to 31d and the plurality of transmission surfaces 32a to 32d corresponding to the plurality of reflection arc surfaces 31a to 31d each constitute a total internal reflection (TIR) prism 39, and the optical element 11 The inner surface 16 has a configuration in which multi-stage TIR prisms 39 are arranged along the first axis 12.
図28に、光学素子11を抜き出して示している。また、図29に、光学素子11をパーツである複数の透光性の部材(透光性部材、パーツ)111a~111eに展開した様子を側面図により示し、図30に、斜視図により示している。図30(a)は、光学素子11を展開した状態を出射面(外面)15の側から見た様子を示し、図30(b)は、内面16の上側、すなわち、第1の光7が入射する第1の軸(Z軸)12の入射側と反対側から示し、図30(c)は、内面16の下側、すなわち、第1の軸12の入射側から示している。
FIG. 28 shows the optical element 11 extracted. Further, FIG. 29 shows a side view of the optical element 11 developed into a plurality of light-transmitting members (light-transmitting members, parts) 111a to 111e, and FIG. 30 shows a perspective view. There is. 30(a) shows the unfolded state of the optical element 11 viewed from the exit surface (outer surface) 15 side, and FIG. 30(b) shows the upper side of the inner surface 16, that is, the first light 7 It is shown from the side opposite to the incident side of the first axis (Z-axis) 12, and FIG. 30(c) is shown from the lower side of the inner surface 16, that is, from the incident side of the first axis 12.
各々の透光性部材(パーツ)111a~111eは、第1の軸(Z軸)12に対して垂直な端面115を含み、光学素子11は、これらのパーツ111a~111eが第1の軸12に沿って積層された組立体110を含む。各々のパーツ111a~111eは、光学素子11を、Z軸12に沿って、段階的に配置された同心円弧状の扇形の複数の透過面32a~32dのそれぞれの位置で、X-Y平面に分割した構成を備えており、組立体110は、内面16に、透過面32a~32dのいずれかと、それに対応する反射面(反射曲面、反射弧面)31a~31dのいずれかとを含む1つのTIRプリズム39(TIRプリズム単体)を有する平面視略扇型の4つのパーツ111a~111dと、内面16に反射面を有さずに透過部33を有する平面視略扇型の1つのパーツ111eとを含む。各々のパーツ111a~111dは、外面15に、光学素子11の外面15を構成する周期的な凹凸構造40の一部で、内面16の反射面31a~31dおよび透過部33のそれぞれに対応した部分の構成を含む。
Each of the translucent members (parts) 111a to 111e includes an end surface 115 perpendicular to the first axis (Z-axis) 12, and the optical element 11 is such that these parts 111a to 111e includes an assembly 110 stacked along the . Each of the parts 111a to 111e divides the optical element 11 into an XY plane at each position of a plurality of concentric arc-shaped fan-shaped transmission surfaces 32a to 32d arranged in stages along the Z-axis 12. As shown in FIG. 39 (TIR prism single unit), four parts 111a to 111d that are approximately fan-shaped in plan view, and one part 111e that is approximately fan-shaped in plan view and has a transmitting portion 33 without a reflective surface on the inner surface 16. . Each of the parts 111a to 111d is a part of the periodic uneven structure 40 that constitutes the outer surface 15 of the optical element 11, and has parts corresponding to the reflective surfaces 31a to 31d and the transmitting portion 33 of the inner surface 16, respectively. Contains the configuration of
各々の透光性のパーツ111a~111dは、第1の反射面31としての機能を備えた複数の反射曲面31a~31dの1つと、複数の透過面32a~32dの1つとの少なくとも1つの組み合わせ、すなわち、少なくとも1つのTIRプリズム39を含む。各々のパーツ111a~111dは、複数のTIRプリズム39を含むように構成されてもよい。各々のパーツ111a~111dは、複数の反射曲面31a~31dの1つと複数の透過面32a~32dの1つとを含み、単一のTIRプリズム39を含むように構成されてもよい。TIRプリズム39は、内面に向かって突き出た形状であり、円弧状の光学素子11の場合は、複数のTIRプリズム39を作り込むことが可能である。一方、以下の例に説明するような円筒状あるいはリング状の光学素子の場合、内面に複数のTIRプリズム39を作り込むことは困難であるが、TIRプリズム39の単位でパーツをZ軸12の方向に分解することにより、内部に複数のTIRプリズム39を有する光学素子を容易に製造できる。
Each of the translucent parts 111a to 111d has at least one combination of one of the plurality of reflective curved surfaces 31a to 31d that functions as the first reflective surface 31 and one of the plurality of transparent surfaces 32a to 32d. , that is, it includes at least one TIR prism 39 . Each part 111a-111d may be configured to include a plurality of TIR prisms 39. Each part 111a-111d includes one of the plurality of reflective curved surfaces 31a-31d and one of the plurality of transmission surfaces 32a-32d, and may be configured to include a single TIR prism 39. The TIR prism 39 has a shape protruding toward the inner surface, and in the case of the arc-shaped optical element 11, a plurality of TIR prisms 39 can be formed. On the other hand, in the case of a cylindrical or ring-shaped optical element as explained in the example below, it is difficult to create a plurality of TIR prisms 39 on the inner surface. By disassembling the optical elements in different directions, it is possible to easily manufacture an optical element having a plurality of TIR prisms 39 therein.
また、光学素子11の内面16に設けられた複数のTIRプリズム39は、Z軸12に沿って入力されたLED6からの光7をZ軸12に垂直な方向にコリメートする機能を持つが、透光性のシームレスが光学素子11においては内部で迷光が発生する可能性がある。迷光が光学素子11の出射面15から出力され、外部から認識されると、不要な部分を照明したり、目に入ると眩しさの要因になる。光学素子11をTIRプリズム39の単位でZ軸12の方向に分解して組み立てることにより、TIRプリズム39の単位で迷光の発生を抑制できるというメリットがある。
Furthermore, the plurality of TIR prisms 39 provided on the inner surface 16 of the optical element 11 have the function of collimating the light 7 from the LED 6 input along the Z-axis 12 in a direction perpendicular to the Z-axis 12; If the optical element 11 is optically seamless, there is a possibility that stray light may occur inside the optical element 11 . When stray light is output from the output surface 15 of the optical element 11 and recognized from the outside, it may illuminate unnecessary areas or cause glare if it enters the eyes. By disassembling and assembling the optical element 11 in the direction of the Z-axis 12 in units of TIR prisms 39, there is an advantage that generation of stray light can be suppressed in units of TIR prisms 39.
パーツ111a~111eのそれぞれで発生する迷光が他のパーツ111a~111eを介して出力されることを防止するためには、遮光性の部材をパーツ111a~111eの間の少なくとも一部に挟み込んで組立体110を構成してもよい。また、パーツ111a~111eのZ軸12に垂直な端面115の少なくとも一部を遮光性にしてもよく、これらを組み合わせてもよい。
In order to prevent stray light generated in each of the parts 111a to 111e from being outputted through the other parts 111a to 111e, a light-shielding member is inserted between at least a portion of the parts 111a to 111e. A solid 110 may also be configured. Furthermore, at least a portion of the end faces 115 perpendicular to the Z-axis 12 of the parts 111a to 111e may be made light-shielding, or these may be combined.
本例においては、光学素子11を構成する組立体110が、各々の透光性のパーツ111a~111eの間に少なくとも一部が配置された(挟み込まれた)遮光性の部材であるルーバー90を含む。ルーバー90は、光学素子11の出射面15から延びて(突き出て)、出射面15から出力された迷光を防止する部分91と、各パーツ111a~111eに挟み込まれた状態で、パーツ間の迷光を防止する部分92とを含む。
In this example, the assembly 110 constituting the optical element 11 includes a louver 90, which is a light-shielding member that is at least partially disposed (sandwiched) between each of the translucent parts 111a to 111e. include. The louver 90 extends (protrudes) from the output surface 15 of the optical element 11 and is sandwiched between a portion 91 that prevents stray light output from the output surface 15 and each of the parts 111a to 111e, and prevents stray light between the parts. and a portion 92 that prevents.
また、組立体110は、端面115の少なくとも一部に遮光性の領域117を含むパーツ111a~111eを含む。遮光性の領域(部分)117は2色成形などの技術を用いてパーツ111a~111eの成型時に形成してもよく、パーツ111a~111eを成型後に所望の個所を、遮光性を有するように加工してもよい。
Furthermore, the assembly 110 includes parts 111a to 111e that include a light-blocking region 117 on at least a portion of the end surface 115. The light-shielding region (portion) 117 may be formed when the parts 111a to 111e are molded using a technique such as two-color molding, or after the parts 111a to 111e are molded, desired areas are processed to have light-shielding properties. You may.
それぞれのパーツ111a~111eは、外面15の端部側には、積層する際の接合部が設けられている。具体的には、最上段のパーツ111aには下側の端面に凹構造119が、中間のパーツ111b~111dには上側の端面115に凸構造118、下側の端面に凹構造119が設けられており、最下段のパーツ111eには上側の端面115に凸構造118が設けられている。これらの凸構造118と凹構造119を、挟み込まれるルーバーに設けられた貫通孔98を通して勘合させることで、これらのパーツ111a~111eを含む組立体110を構成できる。パーツ111a~111eにより組立体110を構成する方法はこれに限定されず、上下の構造が逆であってもよく、接着剤などを用いてもよく、フレームなどでパーツ111a~111eを囲って機械的に一体化してもよい。
Each of the parts 111a to 111e is provided with a joint at the end of the outer surface 15 for stacking. Specifically, the uppermost part 111a has a concave structure 119 on the lower end surface, and the middle parts 111b to 111d have a convex structure 118 on the upper end surface 115 and a concave structure 119 on the lower end surface. A convex structure 118 is provided on the upper end surface 115 of the lowermost part 111e. By fitting these convex structures 118 and concave structures 119 through through holes 98 provided in the sandwiched louvers, an assembly 110 including these parts 111a to 111e can be constructed. The method of configuring the assembly 110 from the parts 111a to 111e is not limited to this, but the upper and lower structures may be reversed, adhesive may be used, or the parts 111a to 111e may be surrounded by a frame etc. It may be integrated as a whole.
ルーバーを用いない光学素子11を、組立体110により構成してもよい。光学素子11を1つの部材で形成する場合、Z軸12に近い領域は上部から下部まで成形部材が存在して肉厚部となるため、成型の際の凝固時間が長くなり、量産性が低下する。X-Y平面に端面115を備えた複数のパーツで分割して製造することにより、肉厚部がなくなり、量産性が向上する。また、各パーツの接合面間に遮光板を挟むことで、上述したルーバーと同様に、迷光を遮光することができる。各パーツには遮光板の厚みに応じた凹部をそれぞれの接合面(端面)115に設けてもよい。
The optical element 11 that does not use a louver may be configured by the assembly 110. When the optical element 11 is formed from one member, the region near the Z-axis 12 has a molded member from the top to the bottom, resulting in a thick part, which increases the solidification time during molding and reduces mass productivity. do. By dividing and manufacturing a plurality of parts each having an end face 115 on the XY plane, thick parts are eliminated and mass productivity is improved. In addition, by sandwiching a light shielding plate between the joint surfaces of each part, stray light can be shielded similarly to the above-mentioned louver. Each part may be provided with a recess corresponding to the thickness of the light shielding plate on the joint surface (end surface) 115 of each part.
図31に、さらに異なる照明装置1fを示している。図32(a)に照明装置1fの側面を示し、図32(b)に照明装置1rを上から見た様子を示す。また、図33に照明装置1fの概略構成を、装置1fの中心に沿った断面XXXIII-XXXIII(図32(a)参照)で切断した断面図を用いて示す。さらに、図34に照明装置1fをパーツに展開した様子を示している。照明装置1fは、光源となるLED6からの光(第1の光)7を照明光3に変換して出力する光学装置10と、第1の光7を出力するLED6を搭載した基板6aとを有する。光学装置10は、第1の軸(Z軸)12に沿って入射される、第1の軸12に平行な光軸7aを備えたランバーシアン配光の第1の光7の少なくとも一部を、第1の軸12の周りの円形(円筒形)の第1の範囲に、光軸7a(第1の軸(Z軸)12)に対して垂直な方向にほぼコリメートされた状態の光71として反射するように配置された第1の反射面31と、第1の反射面31で反射された光71の少なくとも一部を屈折して第1の軸(Z軸)12の周りに出力する透光性の出射面15とを含む。
FIG. 31 shows a further different lighting device 1f. FIG. 32(a) shows a side view of the lighting device 1f, and FIG. 32(b) shows a top view of the lighting device 1r. Further, FIG. 33 shows a schematic configuration of the illumination device 1f using a cross-sectional view taken along the cross section XXXIII-XXXIII (see FIG. 32(a)) along the center of the device 1f. Furthermore, FIG. 34 shows a state in which the lighting device 1f is expanded into parts. The illumination device 1f includes an optical device 10 that converts light (first light) 7 from an LED 6 serving as a light source into illumination light 3 and outputs it, and a substrate 6a on which the LED 6 that outputs the first light 7 is mounted. have The optical device 10 receives at least a portion of the first light 7 having a Lambertian light distribution, which is incident along a first axis (Z-axis) 12 and has an optical axis 7a parallel to the first axis 12. , in a circular (cylindrical) first range around the first axis 12, the light 71 is almost collimated in a direction perpendicular to the optical axis 7a (first axis (Z-axis) 12). a first reflective surface 31 arranged to reflect the light 71; and at least a part of the light 71 reflected by the first reflective surface 31 is refracted and output around the first axis (Z-axis) 12. and a light-transmitting exit surface 15.
照明装置1fは、Z軸12に沿った光を処理するためのパーツ(軸上光処理部材)120をさらに含む。このパーツ120は、上述した制御部材79と同様の機能を持つように、遮光性あるいは反射性の部材であってもよい。また、パーツ120は、レンズ機能や光拡散機能といった、照明装置としての光学性能を付加する機能を持たせてもよく、ライン状の領域の照明だけではなく、円筒状の光学素子の軸方向周囲の広範囲を含めた照明が可能な照明装置を提供してもよい。パーツ120の形状は円盤状であってもよく、筒状、球状、方形状などであってもよく、透光性または拡散性の素材からなる、人、動植物、建物などのオブジェであってもよい。
The illumination device 1f further includes a part (on-axis light processing member) 120 for processing light along the Z-axis 12. This part 120 may be a light-shielding or reflective member so as to have the same function as the control member 79 described above. Furthermore, the part 120 may have a function that adds optical performance as a lighting device, such as a lens function or a light diffusion function, and can be used not only to illuminate a linear area but also to illuminate the axial circumference of a cylindrical optical element. It is also possible to provide a lighting device that can illuminate a wide range of areas. The shape of the part 120 may be disc-shaped, cylindrical, spherical, rectangular, etc., and may be an object such as a person, an animal, a plant, or a building made of a translucent or diffusive material. good.
光学装置10は、第1の軸12に沿って、第1の軸12を中心として同心円状に設けられた複数の反射曲面31a~31eと、複数の反射曲面31a~31eにそれぞれ対応する複数の透過面32a~32eとからなる複数のTIRプリズム39を含む多段状の内面16と、筒面状の出射面を備えた外面15とを備えた光学素子11を有する。本例の光学素子11の出射面(外面)15は、円筒面であるが、平面視(第1の軸12に垂直は面)が多角形の断面を備えた角筒面であってもよく、複数の凹凸が連続した輪郭を備えた断面を有する面であってもよい。また、出射面15の第1の軸12に沿った方向の断面は、直線であってもよく、上述したように周期的な凹凸40を備えた面であってもよく、複数の変曲点45を備えた面であってもよい。
The optical device 10 includes a plurality of reflective curved surfaces 31a to 31e provided concentrically around the first axis 12 along the first axis 12, and a plurality of reflective curved surfaces 31a to 31e respectively corresponding to the plurality of reflective curved surfaces 31a to 31e. The optical element 11 has a multistage inner surface 16 including a plurality of TIR prisms 39 each having transmission surfaces 32a to 32e, and an outer surface 15 having a cylindrical exit surface. The output surface (outer surface) 15 of the optical element 11 in this example is a cylindrical surface, but may be a prismatic cylindrical surface with a polygonal cross section in plan view (a surface perpendicular to the first axis 12). , it may be a surface having a cross section with a continuous contour of a plurality of concavities and convexities. Further, the cross section of the exit surface 15 in the direction along the first axis 12 may be a straight line, or may be a surface having periodic irregularities 40 as described above, and may have a plurality of inflection points. 45 may be used.
光学素子11は、上述した弧面状の出射面15を備えた光学素子と同様に、第1の軸12に垂直な端面115を含む複数の透光性部材(パーツ)111a~111fの組立体110を含む。各々のパーツ111a~111fは、リング状で、内面16に、リング状に形成されたTIRプリズム39を含み、外面はリング状の出射面15となっている。それぞれのパーツ111a~111fの端面115の一部あるいは全部に、遮光性の部分117を設けてもよく、これらのパーツ111a~111fの間に遮光性の部材であるルーバー90を挟み込んで組立体110を構成してもよい。
The optical element 11 is an assembly of a plurality of translucent members (parts) 111a to 111f including an end surface 115 perpendicular to the first axis 12, similar to the optical element with the arcuate exit surface 15 described above. 110 included. Each of the parts 111a to 111f is ring-shaped and includes a ring-shaped TIR prism 39 on the inner surface 16, and has a ring-shaped output surface 15 on the outer surface. A light-shielding portion 117 may be provided on a part or all of the end surface 115 of each of the parts 111a to 111f, and a louver 90, which is a light-shielding member, is sandwiched between these parts 111a to 111f to form the assembly 110. may be configured.
この円筒状の光学素子11を備えた照明装置1fは、円筒状の面(内面)のライン状の領域の照明に適している。この照明装置1fにおいても、光学素子11の外面15の形状を変えることにより、図20および図21を参照して説明したように、角筒状の内面を照明したり、楕円状の内面を照明するために適した照明装置を提供できる。また、上述した光学素子11は、外観が、筒状または筒状の一部を切り出した形状で、細長いライン状あるいは方形の領域2を照明するために適した構成としているが、台形状の領域2を照明したり、斜めから方形あるいはライン状の領域2を照明するために適した円錐状または円錐状の一部を切り出した形状であってもよく、卵型や鼓型あるいはそれらの一部を切り出した形状であってもよい。光学素子11を、中心軸(Z軸)12に沿って複数のパーツに分解して製造して組み立てることにより、様々な形状の光学素子11であって、中心軸12に沿って入射したLED6からの光7を反射面31により中心軸12に垂直な方向にコリメートし、外面の屈折面によって照明対象の領域2の形状に適した照明光3として出力する光学素子11を提供できる。
The illumination device 1f equipped with this cylindrical optical element 11 is suitable for illuminating a linear region of a cylindrical surface (inner surface). In this illumination device 1f as well, by changing the shape of the outer surface 15 of the optical element 11, as explained with reference to FIGS. We can provide lighting equipment suitable for The optical element 11 described above has a cylindrical shape or a partially cut-out shape of a cylindrical shape, and has a configuration suitable for illuminating an elongated linear or rectangular area 2, but a trapezoidal area It may be a conical shape or a shape cut out from a part of a conical shape suitable for illuminating a rectangular or linear area 2 from an angle, such as an egg shape, a drum shape, or a part thereof. It may be a shape cut out. By disassembling the optical element 11 into a plurality of parts along the central axis (Z-axis) 12, manufacturing them, and assembling them, optical elements 11 of various shapes can be produced from the LED 6 incident along the central axis 12. It is possible to provide an optical element 11 that collimates the light 7 in a direction perpendicular to the central axis 12 using a reflective surface 31 and outputs it as illumination light 3 suitable for the shape of the region 2 to be illuminated using a refractive surface on the outer surface.
図35に、さらに異なる照明装置1gを示している。図36(a)に照明装置1gの側面を示し、図36(b)に照明装置1gを上から見た様子を示す。また、図37に照明装置1gの概略構成を、装置1gの中心に沿った断面XXXVII-XXXVII(図36(a)参照)で切断した断面図を用いて示す。さらに、図37に照明装置1gをパーツに展開した様子を示している。照明装置1gは、光源となるLED6からの光(第1の光)7を照明光3に変換して出力する光学装置10と、第1の光7を出力するLED6を搭載した基板6aとを有する。光学装置10は、第1の軸(Z軸)12に沿って入射される、第1の軸12に平行な光軸7aを備えたランバーシアン配光の第1の光7の少なくとも一部を、第1の軸12の周りの円形(円筒形)の第1の範囲に、光軸7a(第1の軸(Z軸)12)に対して垂直な方向にほぼコリメートされた状態の光71として反射するように配置された第1の反射面31と、第1の反射面31で反射された光71の少なくとも一部を屈折して第1の軸(Z軸)12の周りに出力する透光性の出射面15と、出射面15から突き出た複数の遮光性のルーバー90と、軸上の光を処理する部材120とを含む。
FIG. 35 shows a still different lighting device 1g. FIG. 36(a) shows a side view of the lighting device 1g, and FIG. 36(b) shows a top view of the lighting device 1g. Further, FIG. 37 shows a schematic configuration of the illumination device 1g using a cross-sectional view taken along the cross section XXXVII-XXXVII (see FIG. 36(a)) along the center of the device 1g. Furthermore, FIG. 37 shows the lighting device 1g developed into parts. The illumination device 1g includes an optical device 10 that converts light (first light) 7 from an LED 6 serving as a light source into illumination light 3 and outputs it, and a substrate 6a on which the LED 6 that outputs the first light 7 is mounted. have The optical device 10 receives at least a portion of the first light 7 having a Lambertian light distribution, which is incident along a first axis (Z-axis) 12 and has an optical axis 7a parallel to the first axis 12. , in a circular (cylindrical) first range around the first axis 12, the light 71 is almost collimated in a direction perpendicular to the optical axis 7a (first axis (Z-axis) 12). a first reflective surface 31 arranged to reflect the light 71; and at least a part of the light 71 reflected by the first reflective surface 31 is refracted and output around the first axis (Z-axis) 12. It includes a light-transmitting exit surface 15, a plurality of light-shielding louvers 90 protruding from the exit surface 15, and a member 120 for processing on-axis light.
光学装置10は、複数のTIRプリズム39を含む多段状の内面16と、筒面状の出射面を備えた外面15と、ルーバー90とを備えた光学素子11を有する。光学素子11は、各々が上記の例と共通する第1の軸12に垂直な端面115を含む複数の透光性部材(パーツ)111a~111fを含む組立体110を含む。組立体110は、さらに、それぞれのパーツ111a~111fの間に挟み込まれるように配置された複数のルーバー90を含む。それぞれのルーバー90は中空の円盤状で、外側の出射面15から出力された迷光を制御する部分91と、各々のパーツ111a~111fに挟み込まれ、各々のパーツ111a~111fの間の迷光を防止する部分92とを含む。各透光性部材111a~111fは端面115に遮光性の部分117を含んでいてもよく、ルーバー90と協働で、あるいは単独で、透光性部材111a~111fの間の迷光を防止してもよい。
The optical device 10 includes an optical element 11 including a multistage inner surface 16 including a plurality of TIR prisms 39, an outer surface 15 having a cylindrical exit surface, and a louver 90. Optical element 11 includes an assembly 110 that includes a plurality of translucent members (parts) 111a to 111f, each including an end surface 115 perpendicular to first axis 12 in common with the above example. Assembly 110 further includes a plurality of louvers 90 arranged to be sandwiched between respective parts 111a to 111f. Each louver 90 has a hollow disc shape and is sandwiched between a portion 91 that controls stray light output from the outer output surface 15 and each of the parts 111a to 111f, thereby preventing stray light between each of the parts 111a to 111f. 92. Each of the light-transmitting members 111a to 111f may include a light-blocking portion 117 on the end surface 115, which works in cooperation with the louver 90 or alone to prevent stray light between the light-transmitting members 111a to 111f. Good too.
この円筒状のルーバー付きの光学素子11を備えた照明装置1gは、一例として、円筒状の面(内面)のライン状の領域の照明に適している。照明装置1gは、図22~図24を参照して説明したように、出射面15の上下を覆う円形のカバーを備えていてもよい。光学素子11の外面の出射面15の屈折とともにルーバー90により照明光3を制御することができ、照明対象の領域の形状によりあわせて照明光3を出力できる。
The illumination device 1g equipped with this cylindrical louvered optical element 11 is suitable, for example, for illuminating a linear region of a cylindrical surface (inner surface). The illumination device 1g may include a circular cover that covers the top and bottom of the emission surface 15, as described with reference to FIGS. 22 to 24. The illumination light 3 can be controlled by the louver 90 as well as the refraction of the output surface 15 on the outer surface of the optical element 11, and the illumination light 3 can be output in accordance with the shape of the area to be illuminated.
なお、上記においては、内面16に、第1の反射面31を5または6分割して配置した光学素子11を例に説明しているが、第1の反射面31は、4分割以下となるように配置してもよく、7分割以上となるように配置してもよい。扇形の光学素子11としては中心角(開き角)θが90度の例を示しているが、中心角θは90度以下であってもよく、90度以上であってもよい。また、光源として配置されるLED6の数は1つに限定されることはなく、光源として複数の多色のLEDを配置してもよい。さらに、照明装置1は、複数の光学素子11を含む複数の光学装置10、または複数の投射ユニット5を、Z軸12が並列するように、または共通するように配置されたものであってもよい。
In the above description, the optical element 11 is explained as an example in which the first reflective surface 31 is divided into 5 or 6 parts and arranged on the inner surface 16, but the first reflective surface 31 is divided into 4 parts or less. It may be arranged as follows, or it may be arranged so as to be divided into seven or more parts. Although the fan-shaped optical element 11 is shown as having a central angle (opening angle) θ of 90 degrees, the central angle θ may be 90 degrees or less or 90 degrees or more. Further, the number of LEDs 6 arranged as a light source is not limited to one, and a plurality of multicolored LEDs may be arranged as a light source. Furthermore, the illumination device 1 may include a plurality of optical devices 10 including a plurality of optical elements 11 or a plurality of projection units 5 arranged so that the Z-axes 12 are parallel or common. good.