JPWO2018225376A1 - Lighting unit - Google Patents
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Abstract
特定の光源を点灯、消灯することによって、ある領域を照らさない、あるいは文字や形を形成するといった照明を行うのに適した小型な照明ユニットを提供する。複数の光源と、前記光源からの出射光を変調する光学系と、を有する照明ユニットは、前記光学系は、複数のレンズからなるレンズユニットと、前記光源と前記レンズユニットとの間に配置された配光制御合波素子とを有し、前記配光制御合波素子は、前記光源側から前記レンズユニット側へ向かうにつれて広がるテーパー形状を有し前記光源から出射された出射光を導光する複数の導光部と、前記導光部の出射側に配置された平板部とを備え、前記導光部における前記光源からの出射光を入射する入射面の面積に対し、前記導光部に入射した光を前記平板部に対して出射する出射面の面積は1.2倍以上、2.5倍以下に設定されている。(EN) A small illumination unit suitable for performing illumination such as not illuminating a certain area or forming characters or shapes by turning on and off a specific light source. An illumination unit including a plurality of light sources and an optical system that modulates light emitted from the light sources is provided. The optical system is arranged between a lens unit including a plurality of lenses and the light source and the lens unit. And a light distribution control multiplexing element, wherein the light distribution control multiplexing element has a tapered shape that widens from the light source side toward the lens unit side, and guides the emitted light emitted from the light source. A plurality of light guide portions and a flat plate portion arranged on the exit side of the light guide portion, and the light guide portion has an area of an incident surface on which light emitted from the light source in the light guide portion is incident. The area of the emission surface for emitting the incident light to the flat plate portion is set to 1.2 times or more and 2.5 times or less.
Description
本発明は、照明ユニット、より詳細には、複数の光源から放出される光の配光を制御して被照明物体を照明する照明ユニットに関し、特に室内照明装置、建築物照明装置、車載用照明装置、拡大投影装置等の映像装置、あるいは顕微鏡照明装置等に適用可能な照明ユニットに関する。 The present invention relates to a lighting unit, and more particularly, to a lighting unit that controls a light distribution of light emitted from a plurality of light sources to illuminate an object to be illuminated, and particularly to an indoor lighting device, a building lighting device, and a vehicle lighting device. The present invention relates to an illumination unit that can be applied to an imaging device such as a device, an enlarged projection device, or a microscope illumination device.
近年、地球規模でエネルギー問題が高まりを見せる中、省エネルギーかつ長寿命である発光ダイオード(LED)を光源として用いたLED照明装置が注目され、実際に利用されている。一般に、LED光源から出射される光はランバーシアン配光であるため、例えば看板照明や液晶のバックライト等に使用される場合、照射範囲内を均一の明るさで照明する目的でレンズや拡散板等が用いられることが多い。レンズ等を用いる場合はレンズ系の屈折により配光特性を変換するため、光源とレンズを離して配置する必要があり、この時LEDから発せられる光を効率よく光学系に入れて光利用効率を高めようとすると、光学系の明るさ(Fナンバー)を空気中での限界値F0.5近くまで明るくする必要が生じるため、加工性や性能の観点から光学系としては非常に製造しにくいものとなる。 2. Description of the Related Art In recent years, energy problems have been increasing on a global scale, and LED lighting devices using light-emitting diodes (LEDs), which are energy-saving and have a long life, as light sources have attracted attention and are actually used. In general, since the light emitted from the LED light source is a Lambertian light distribution, for example, when used for signboard illumination or a liquid crystal backlight, a lens or a diffusion plate is used to illuminate the illumination range with uniform brightness. Are often used. When a lens or the like is used, it is necessary to arrange the light source and the lens separately in order to convert the light distribution characteristic by refraction of the lens system. In order to increase the brightness, it is necessary to increase the brightness (F number) of the optical system to a value close to the limit value F0.5 in the air, so that it is very difficult to manufacture the optical system from the viewpoint of workability and performance. Becomes
一方、より強く且つより広範囲を照射したい場合には、複数のLED光源が配置された基板と、それぞれのLEDからの放射光を集光、またはコリメートするレンズとを用いる手法がとられている。このような光源を使用する場合、複数あるなかの特定のLEDチップを消灯することにより、特定の方向に光を照らさない、あるいは特定のLEDチップを点灯することにより文字や形などを模って光を照らすことも可能となる。 On the other hand, when it is desired to irradiate a stronger and wider area, a method using a substrate on which a plurality of LED light sources are arranged and a lens for condensing or collimating light emitted from each LED has been adopted. When using such a light source, by turning off a specific LED chip among a plurality of light sources, no light is emitted in a specific direction, or by turning on a specific LED chip to imitate characters or shapes. It is also possible to illuminate light.
例えば特許文献1では、面形状に高密度に配列された複数の光源から放射される照明光を、光学手段を用いて面形状被照明物体に照明する照明装置が開示されている。また、特許文献2、3では、LEDや2次光源から出射する光の利用効率を高めつつ、照度の均一化や配光角を狭めるためにテーパーロッドアレイを用いる構成が開示されている。
For example, Patent Literature 1 discloses an illumination device that illuminates illumination light emitted from a plurality of light sources arranged in a high density in a plane shape to an object to be illuminated in a plane shape using an optical unit. Further,
一般に光源から放射される照明光を、光学手段によって集光、またはコリメートする場合、照射面における光強度分布は光源の形がそのまま像として投影されることになる。つまり複数の光源を使用する場合、それらが高密度に配列されていたとしても、物理的制約のため光源と光源との間の隙間を完全に無くすのは難しく、例えば矩形の光源を高密度に配列した場合、その隙間が発光しないことから照射面上の光強度分布においてグリッド状の強弱パターンが発生してしまう恐れがある。これは照明装置によっては致命的な問題となり得る。 Generally, when illuminating light emitted from a light source is condensed or collimated by an optical means, the light intensity distribution on the irradiation surface is projected as an image with the shape of the light source as it is. In other words, when using multiple light sources, it is difficult to completely eliminate the gap between the light sources due to physical restrictions, even if they are arranged at high density. In the case of the arrangement, since the gap does not emit light, a grid-like pattern may be generated in the light intensity distribution on the irradiation surface. This can be a fatal problem for some lighting devices.
特許文献1では、光源を光学手段のベストフォーカス位置ではなく、ベストフォーカス位置から少し遠ざけた位置に設定し、照射面上での強度分布を調整すべく光源の像をピンボケさせエッジをぼやけさせることにより、隣接する光源の出射光を重ねあわせて照射強度分布の均一化を図っている。しかしながら、このようなデフォーカスによる手法は、個々の光源から放射される光の照射面上での強度を落として照射範囲を広げる(強度プロファイルの裾野を広げる)ということを意味するため、照射面においては複数光源の重ねあわせによりグリッド状の明暗を、ある程度解消することはできるが、特定の領域を照らさない、あるいは文字や形を模るといった照明法を実現する場合、このような手法では明暗の境界があいまいになってしまう恐れがある。 In Patent Document 1, the light source is set not at the best focus position of the optical means but at a position slightly away from the best focus position, and the image of the light source is defocused to adjust the intensity distribution on the irradiation surface, thereby blurring the edge. Thereby, the emitted light of the adjacent light source is superimposed to make the irradiation intensity distribution uniform. However, such a defocusing technique means that the intensity of the light emitted from each light source is reduced on the irradiation surface and the irradiation range is widened (the base of the intensity profile is widened). Can reduce grid-like light and shade to some extent by superimposing multiple light sources.However, when implementing an illumination method that does not illuminate a specific area or imitate characters or shapes, such a method is used May be blurred.
これに対し特許文献2、3では、テーパーロッドアレイを用いることにより光源からの光の利用効率を高めつつ、テーパーロッドアレイで導光された出射光の照度分布均一化や配光角を狭めるという技術が開示されている。この場合、出射光の配光角を狭めるためにはテーパーロッドの入射側と出射側の面積比を大きくして、ロッドの長さを十分長くとる必要がある。更には、光源に複数のLEDを用いて、特定のLEDを点灯、消灯することにより文字や形を形成する場合は、一つのLEDが照射する範囲(照射角)を小さく設定する必要があるため、投影光学系の焦点距離は必然的に長くなり、テーパーロッドの長さも加味すると非常に大型なものとなってしまう恐れがある。
On the other hand, in
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、高密度に配列された複数の光源からの光を、高効率で照射面上に均一かつ高い強度で投射でき、特定の光源を点灯、消灯することによって、ある領域を照らさない、あるいは文字や形を形成するといった照明を行うのに適した小型な照明ユニットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the background art, and allows light from a plurality of light sources arranged at high density to be projected onto an irradiation surface with high efficiency at a uniform and high intensity. It is an object of the present invention to provide a small-sized lighting unit suitable for performing lighting such as not illuminating a certain area or forming characters or shapes by turning on and off a light source.
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した照明ユニットは、複数の光源と、前記光源からの出射光を変調する光学系と、を有する照明ユニットにおいて、
前記光学系は、複数のレンズからなるレンズユニットと、前記光源と前記レンズユニットとの間に配置された配光制御合波素子と、を有し、
前記配光制御合波素子は、前記光源側から前記レンズユニット側へ向かうにつれて広がるテーパー形状を有し前記光源からの出射光を導光する複数の導光部と、前記導光部の出射側に配置された平板部と、を備え、前記導光部における前記光源からの出射光を入射する入射面の面積に対し、前記導光部に入射した光を前記平板部に対して出射する出射面の面積は1.2倍以上、2.5倍以下に設定されているものである。In order to achieve at least one of the above objects, a lighting unit reflecting one aspect of the present invention is a lighting unit having a plurality of light sources and an optical system that modulates light emitted from the light sources,
The optical system has a lens unit including a plurality of lenses, and a light distribution control multiplexing element disposed between the light source and the lens unit,
The light distribution control multiplexing element has a plurality of light guide portions that have a tapered shape that expands from the light source side toward the lens unit side and guide light emitted from the light source, and an emission side of the light guide portion. A light emitting portion that emits light incident on the light guide portion to the flat plate portion with respect to an area of an incident surface of the light guide portion on which light emitted from the light source is incident. The area of the surface is set to be 1.2 times or more and 2.5 times or less.
本発明によれば、高密度に配列された複数の光源からの光を、高効率で照射面上に均一かつ高い強度で投射でき、特定の光源を点灯、消灯することによって、ある領域を照らさない、あるいは文字や形を形成するといった照明を行うのに適した小型な照明ユニットを提供することができる。 According to the present invention, light from a plurality of light sources arranged at high density can be projected onto an irradiation surface with high efficiency and high intensity, and a specific light source is turned on and off to illuminate a certain area. It is possible to provide a small-sized lighting unit suitable for performing lighting such as forming no characters or characters or shapes.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図1は、本実施形態にかかる照明ユニット10の模式図である。図1に示すように、照明ユニット10は、複数のレンズを有するレンズユニット20と、配光制御合波素子30と、複数のLEDチップを2次元的に配列した(これをLEDアレイという)光源40とを有する。但し、LEDチップは直線上に配置されても良い。LEDチップ同士の間隔は150μm以下であると好ましい。LEDチップは独立して点灯制御可能となっていると,所望の照明形状を形成できるので好ましい。レンズユニット20と、配光制御合波素子30とで光学系を構成する。尚、「変調」とは、光の進む方向を変える作用、例えば集光・コリメート・発散する作用を指す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a
レンズユニット20は、出射側から順に、正レンズL1,負レンズL2,正レンズL3,正レンズL4と、これらを保持する鏡胴21とから構成されている。尚、レンズユニット20は3枚以上のレンズを有すれば足り、これらの少なくとも1枚をプラスチック製の非球面レンズとすると好ましい。特に、プラスチック非球面レンズはアクリルやポリカーボネートなどの高耐熱性を有する材料から形成されることが好ましい。更に、レンズユニット20のFナンバーが0.58以上、0.80以下であると好ましい。これによりレンズユニット20への取り込み光量が多くなるため、光利用効率を高くできる。特に、最も光源側のレンズは曲率が高いことが好ましい。これにより、光源からの光をできるだけ多く確保することができる。
The
レンズユニット20のFナンバーをFとし、その焦点距離をfとし、その最大有効径をφmaxとすると、以下の(3)式を満たすと好ましい。(3)式の値が下限を下回ると、所望のFナンバーを確保できなくなり、(3)式の値が上限を上回ると、径方向の大型化を招くからである。
1.0≦φmax/(f/F)≦1.2 (3)If the F number of the
1.0 ≦ φmax / (f / F) ≦ 1.2 (3)
図2は、配光制御合波素子30を入射面側から見た斜視図である。配光制御合波素子30は、熱に強く加工が容易なシリコーン、或いは熱に強く線膨張が小さいため性能的に優位なガラスから一体的に形成されており、薄い平板部31の一面に複数の導光部32を2次元的に配置した形状を有する。1つの導光部32は、1つの正方形状のLEDチップ(不図示)に対向して配置されており、光源(図2で手前)側からレンズユニット(図2で奥)側へ向かうにつれて広がるテーパー形状(ここでは四角錐台状)を有する。テーパー形状を採用することで、配光を狭めることができ、光利用効率の向上に効果的である。又、入射面32aから各導光部32に取り込んだ光を出射面32bで合波できるため、例えばグリッド状の明暗を解消することができる。
FIG. 2 is a perspective view of the light distribution
図示していないが、1つの導光部32が、複数のLEDチップに対向して配置されていてもよい。複数のLEDチップから放射された光を一つの導光部32に取り込み、合波させることで、複数のLEDチップ間に存在する非発光部の明暗を実質的に消すことができ、かつLEDチップを複数組み合わせることで光束を増やすことが可能となる。
Although not shown, one
導光部32は、光源側の正方形状の入射面32aと、レンズユニット側の正方形状の出射面32bと、側面32cとを有する。出射面32bは平板部31との境界面であって、配光制御合波素子30の内面に仮想的に形成される平面である。ここでは平面である入射面32aの面積に対し、出射面32bの面積は1.2倍以上、2.5倍以下に設定されている。より好ましくは1.2倍以上、2.0倍以下に設定されることが好ましく、この場合、より小型な照明ユニットを提供することが可能となる。
The
なお、配光制御合波素子の導光部と平板部は別々に製造された上で、後から接合しても良いし、金型等を用いて導光部と平板部を一体成形しても良い。もちろん平板ガラスに物理、化学加工を施した削り出しによる製法でも構わない。平板部の出射面にレンズ又はプリズムがアレイ状に形成されていても良い。 In addition, the light guide part and the flat part of the light distribution control multiplexing element may be separately manufactured and then joined together, or the light guide part and the flat part may be integrally formed using a mold or the like. Is also good. Of course, a manufacturing method of cutting and shaping flat glass subjected to physical and chemical processing may be used. Lenses or prisms may be formed in an array on the emission surface of the flat plate portion.
導光部32の入射面32aと出射面32bは略正方形状であれば良い。図4を参照して、導光部32の導光方向長さをHとし、入射面32aの一辺のサイズをD1とし、出射面32bの一辺のサイズをD2とすると、以下の式を満たすことが望ましい。(1)式の値が下限を下回ると、配光を十分に狭めることができず、レンズユニット20への入射光に大きなロスが生じる恐れがあり、また(1)式の値が上限を上回ると、導光領域が長くなりすぎて加工性が悪くなる恐れがあるからである。
4≦H/(D2−D1)≦14 (1)
より好ましくは,以下の(1’)式を満たすことであり、この場合、より小型な照明ユニットを提供することが可能となる。
4≦H/(D2−D1)≦10 (1’)The
4 ≦ H / (D2−D1) ≦ 14 (1)
More preferably, the following expression (1 ′) is satisfied. In this case, a smaller illumination unit can be provided.
4 ≦ H / (D2−D1) ≦ 10 (1 ′)
配光制御合波素子の素材の屈折率ndが以下の式を満たすと好ましい。
1.4<nd<1.8 (2)
さらに以下の式を満たすとより小型な照明ユニットとできるため好ましい。
1.4<nd<1.55 (2’)
(2’)の範囲を満たすガラスは例えばBK7や石英ガラスなどがある。It is preferable that the refractive index nd of the material of the light distribution control multiplexing element satisfies the following expression.
1.4 <nd <1.8 (2)
Further, it is preferable to satisfy the following expression because a smaller illumination unit can be obtained.
1.4 <nd <1.55 (2 ′)
Examples of the glass satisfying the range of (2 ′) include BK7 and quartz glass.
配光制御合波素子30の作用について説明する。図3は、1つのLEDチップと配光制御合波素子30とを示す模式図である。光源のLEDチップ41の出射面41aは、配光制御合波素子30の導光部32の入射面32aに近接して配置されている。「近接」とは、例えばLEDチップ41の一辺の長さの1/5以下、好ましくは1/10以下の距離である。出射面41aの形状に対し、入射面32aの形状を相似形状とし、且つ大きく設定することで、光源から出射される光を効率的に素子内に取り込むことができる。
The operation of the light distribution
LEDチップ41の出射面41aから、いわゆるランバーシアン状に光が出射される。ここで、導光部32がないとした場合において、出射面41aに対して浅い角度で傾いた方向に出射された出射光LBを点線で示す。かかる場合、浅い角度で出射した出射光LBは、直線的に側方に向かって進行するので、配光制御合波素子30の図3で上方に配置されたレンズユニット(不図示)に入射せず、光の利用効率が低下することとなる。
Light is emitted from the
これに対し本実施形態によれば、出射面41aに対して傾いた方向に出射された出射光LBは、一点鎖線で示すように、導光部32の入射面32aで屈折して導光部32内に進入し、更に側面32cで全反射して出射面32bから出射し、平板部31を通過して、レンズユニットに入射することとなる。これにより配光特性を変えて光の利用効率を高めることができる。
On the other hand, according to the present embodiment, the outgoing light LB emitted in the direction inclined with respect to the
尚、図3の二点鎖線で示すように、入射面32aを凸面としてLEDチップ41の出射面41aに当接させても良い。
In addition, as shown by a two-dot chain line in FIG. 3, the
上述したように、フォーカスを意図的にピンボケ状態にする従来技術等の手法では強度分布均一化に対しては効果的であるが、特定の領域を照らさない、あるいは文字や形を形成するといった照明法には適していない。また入射側と出射側の面積比を大きく設定したテーパーロッドアレイを用いると光学系が大型なものとなってしまう。これに対し本実施形態では、レンズユニット20と光源40との間に配光制御合波素子30を挿入することによって、光源40を疑似的に大きくする作用があるため、ピンボケのような状態にせずとも、照射面での照度分布均一化が可能であり、かつピンボケ状態ではないため特定の領域を照らさない、あるいは文字や形を形成するといった照明が可能となる。更には配光制御合波素子30の導光部32を光源40に近接配置することにより光源からの光を効率よく取出した上、導光部32のテーパー状の側面32cでの全反射によって光の進行方向を光軸と平行な方向に近づけることができ、配光を狭めることで配光制御合波素子30からの出射光をレンズユニット20に効率よく入射させることができる。これらの効果が相まって非常に高効率かつ小型な照明ユニットを実現することができる。
As described above, a technique such as a conventional technique for intentionally setting a focus to an out-of-focus state is effective for uniformizing the intensity distribution, but does not illuminate a specific area or forms a character or shape. Not legal. If a tapered rod array having a large area ratio between the incident side and the exit side is used, the optical system becomes large. In contrast, in the present embodiment, since the light distribution
以下、本実施形態に好適な照明ユニットの実施例について説明する。図4は、光源と配光制御合波素子の断面図であって、各部の寸法を表すものである。図4において、光源41の一辺の長さをD3とし、導光部32の入射面32aの一辺の長さをD1とし、導光部32の高さ(入射面32a〜出射面32b)をHとし、導光部32のピッチ(光軸間距離)をPとしている。
Hereinafter, an example of a lighting unit suitable for the present embodiment will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view of the light source and the light distribution control multiplexing device, and shows the dimensions of each part. In FIG. 4, the length of one side of the
以下の実施例において、非球面係数が記載されている面が非球面形状を有する面であり、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にX軸をとり、光軸と垂直方向の高さをhとして以下の「数1」で表す。 In the following examples, the surface on which the aspheric coefficient is described is a surface having an aspheric shape, and the shape of the aspheric surface has the vertex of the surface as the origin, the X axis in the optical axis direction, and the optical axis. The height in the vertical direction is represented by h, and is represented by the following “Equation 1”.
Ai:i次の非球面係数
R :曲率半径
K :円錐定数
Ai: i-th order aspherical coefficient R: radius of curvature K: conic constant
(実施例1)
図4を参照して、光源と、シリコーン製の配光制御合波素子の寸法関係は以下の通りである。
D3:0.4mm
D2:0.5mm
D1:0.44mm
H:0.5mm
P:0.5mm
(1)式の値:8.3
出射面と入射面の面積比:1.29(Example 1)
Referring to FIG. 4, the dimensional relationship between the light source and the light distribution control multiplexing element made of silicone is as follows.
D3: 0.4mm
D2: 0.5 mm
D1: 0.44 mm
H: 0.5 mm
P: 0.5mm
Value of equation (1): 8.3
Area ratio between output surface and input surface: 1.29
以下、実施例1のレンズユニットについて説明する。実施例1のレンズデータを表1に示す。なお、これ以降(表のレンズデータを含む)において、10のべき乗数(たとえば2.5×10-02)を、E(たとえば2.5E−02)を用いて表すものとする。Fはナンバーであり、fは焦点距離である。Hereinafter, the lens unit of the first embodiment will be described. Table 1 shows lens data of Example 1. In the following (including the lens data in the table), a power of 10 (for example, 2.5 × 10 -02 ) is represented by E (for example, 2.5E-02). F is a number and f is a focal length.
[表1]
実施例1
F:0.60
f:28.6mm
(3)式の値:1.0
面番号 曲率半径 間隔 屈折率
(OBJ) 0 ∞ ∞
1 27.367 15.95 1.4884
2 189.028 8.00
3 -15.975 7.00 1.5788
4 31.428 14.26
(絞り)5 ∞ -8.73
6 11.322 19.00 1.4884
7 792.558 4.94
8 13.129 18.00 1.4884
9 77.247 4.58
非球面係数
1面
R=27.367
K=0.0825
A4=2.76E-06
A6=-3.87E-08
A8=1.38E-10
A10=-4.50E-13
A12=6.33E-16
A14=-4.18E-19
2面
R=189.028
K=-40.0000
A4=1.19E-05
A6=-1.17E-07
A8=2.37E-10
A10=-9.16E-14
A12=-2.78E-16
A14=2.56E-19
3面
R=-15.975
K=-1.4007
A4=7.25E-05
A6=-2.53E-07
A8=7.01E-10
A10=-1.30E-12
A12=1.33E-15
A14=-5.71E-19
4面
R=31.428
K=-40.0000
A4=-3.72E-06
A6=2.37E-07
A8=-6.98E-10
A10=4.04E-13
A12=6.11E-16
A14=-6.37E-19
6面
R=11.322
K=-3.4716
A4=5.66E-05
A6=-3.76E-07
A8=2.22E-09
A10=-7.91E-12
A12=1.53E-14
A14=-1.23E-17
7面
R=792.558
K=-40.0000
A4=-4.32E-05
A6=2.78E-07
A8=-1.41E-09
A10=5.56E-12
A12=-1.14E-14
A14=8.47E-18
8面
R=13.129
K=-0.8460
A4=-2.61E-05
A6=1.84E-07
A8=-2.58E-10
A10=-9.31E-14
A12=0.00E+00
A14=0.00E+00
9面
R=77.247
K=0.0000
A4=-4.16E-05
A6=-9.55E-07
A8=1.04E-08
A10=-2.93E-11
A12=0.00E+00
A14=0.00E+00[Table 1]
Example 1
F: 0.60
f: 28.6mm
Value of equation (3): 1.0
Surface number Radius of curvature Interval Refractive index (OBJ) 0 ∞ ∞
1 27.367 15.95 1.4884
2 189.028 8.00
3 -15.975 7.00 1.5788
4 31.428 14.26
(Aperture) 5 ∞ -8.73
6 11.322 19.00 1.4884
7 792.558 4.94
8 13.129 18.00 1.4884
9 77.247 4.58
Aspheric coefficient
One surface
R = 27.367
K = 0.0825
A4 = 2.76E-06
A6 = -3.87E-08
A8 = 1.38E-10
A10 = -4.50E-13
A12 = 6.33E-16
A14 = -4.18E-19
2 sides
R = 189.028
K = -40.0000
A4 = 1.19E-05
A6 = -1.17E-07
A8 = 2.37E-10
A10 = -9.16E-14
A12 = -2.78E-16
A14 = 2.56E-19
3 sides
R = -15.975
K = -1.4007
A4 = 7.25E-05
A6 = -2.53E-07
A8 = 7.01E-10
A10 = -1.30E-12
A12 = 1.33E-15
A14 = -5.71E-19
4 sides
R = 31.428
K = -40.0000
A4 = -3.72E-06
A6 = 2.37E-07
A8 = -6.98E-10
A10 = 4.04E-13
A12 = 6.11E-16
A14 = -6.37E-19
6 faces
R = 11.322
K = -3.4716
A4 = 5.66E-05
A6 = -3.76E-07
A8 = 2.22E-09
A10 = -7.91E-12
A12 = 1.53E-14
A14 = -1.23E-17
7 faces
R = 792.558
K = -40.0000
A4 = -4.32E-05
A6 = 2.78E-07
A8 = -1.41E-09
A10 = 5.56E-12
A12 = -1.14E-14
A14 = 8.47E-18
8 faces
R = 13.129
K = -0.8460
A4 = -2.61E-05
A6 = 1.84E-07
A8 = -2.58E-10
A10 = -9.31E-14
A12 = 0.00E + 00
A14 = 0.00E + 00
9 faces
R = 77.247
K = 0.0000
A4 = -4.16E-05
A6 = -9.55E-07
A8 = 1.04E-08
A10 = -2.93E-11
A12 = 0.00E + 00
A14 = 0.00E + 00
図5は実施例1のレンズユニットの断面図である。図中、実施例1のレンズユニットは、出射側から順に、正レンズL1,負レンズL2,絞りS,正レンズL3,正レンズL4を有している。図6は実施例1の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))である。ここで、球面収差図において、c線、d線、g線に対する球面収差量をそれぞれ表し、非点収差図において、実線Sはサジタル面、点線Mはメリディオナル面を表す。 FIG. 5 is a sectional view of the lens unit according to the first embodiment. In the figure, the lens unit of Example 1 has a positive lens L1, a negative lens L2, a stop S, a positive lens L3, and a positive lens L4 in order from the emission side. FIG. 6 is an aberration diagram of Example 1 (spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c)). Here, in the spherical aberration diagram, the amounts of spherical aberration with respect to the c-line, d-line, and g-line are respectively shown. In the astigmatism diagram, the solid line S represents a sagittal surface, and the dotted line M represents a meridional surface.
図7は、配光制御合波素子なしでの配光特性を示す図であり、図8は、実施例1における配光制御合波素子を通過した後の配光特性(ランバーシアン配光)を示す図であり、それぞれ縦軸に光度をとり、横軸に角度をとって示している。レンズユニット透過率を88%とした場合、図7の比較例では光の利用効率が57.9%であり、図8の実施例1では光の利用効率が70.2%となり、効率が向上していることが分かる。 FIG. 7 is a diagram showing light distribution characteristics without a light distribution control multiplexing element, and FIG. 8 is a light distribution characteristic (Lambertian light distribution) after passing through the light distribution control multiplexing element in the first embodiment. Are shown with the ordinate representing the luminous intensity and the abscissa representing the angle. When the lens unit transmittance is 88%, the light use efficiency is 57.9% in the comparative example of FIG. 7, and the light use efficiency is 70.2% in Example 1 of FIG. You can see that it is doing.
図9は、LEDアレイを、8を描くように各セグメントのON/OFFを制御し、且つレンズユニットのみを通して照射させた状態を示し、図10は、同じ配置のLEDアレイからの出射光を、実施例1の配光制御合波素子とレンズユニットを通して照射させた状態を示す図である。図9の比較例と図10の実施例1とを比較して、図9ではLEDチップ間の黒線が明瞭に視認されるが、図10では全く視認されないことが分かる。 FIG. 9 shows a state in which the LED array is controlled to ON / OFF for each segment so as to draw 8, and is illuminated only through the lens unit. FIG. 10 shows light emitted from the LED array having the same arrangement. FIG. 4 is a diagram illustrating a state where light is emitted through a light distribution control multiplexing element and a lens unit according to the first embodiment. Comparing the comparative example of FIG. 9 with the example 1 of FIG. 10, it can be seen that the black lines between the LED chips are clearly visible in FIG. 9, but are not visible at all in FIG.
(実施例2)
図4を参照して、光源と、ガラス製の配光制御合波素子の寸法関係は以下の通りである。
D3:0.25mm
D2:0.3mm
D1:0.26mm
H:0.3mm
P:0.3mm
(1)式の値:7.5
出射面と入射面の面積比:1.33(Example 2)
Referring to FIG. 4, the dimensional relationship between the light source and the light distribution control multiplexing element made of glass is as follows.
D3: 0.25 mm
D2: 0.3mm
D1: 0.26 mm
H: 0.3mm
P: 0.3mm
Value of equation (1): 7.5
The area ratio between the exit surface and the entrance surface is 1.33.
以下、実施例2のレンズユニットについて説明する。実施例2のレンズデータを表2に示す。 Hereinafter, the lens unit according to the second embodiment will be described. Table 2 shows lens data of Example 2.
[表2]
実施例2
F 0.65
f 19.5mm
(3)式の値:1.0
面番号 曲率半径 間隔 屈折率
(OBJ) 0 ∞ ∞
1 17.428 9.60 1.4884
2 96.833 5.70
3 -10.995 4.50 1.5788
4 21.051 8.23
(絞り)5 ∞ -4.70
6 7.745 12.40 1.4884
7 ∞ 2.70
8 8.831 13.00 1.4884
9 24.848 2.57
非球面係数
1面
R=17.428
K=0.1130
A4=-4.26E-06
A6=-2.04E-07
A8=1.26E-09
A10=-1.43E-11
A12=5.53E-14
A14=-1.09E-16
2面
R=96.833
K=27.9955
A4=1.50E-05
A6=-7.17E-07
A8=3.63E-09
A10=-4.91E-12
A12=-2.43E-14
A14=6.42E-17
3面
R=-10.995
K=-1.6093
A4=2.30E-04
A6=-1.72E-06
A8=1.02E-08
A10=-4.15E-11
A12=9.18E-14
A14=-7.85E-17
4面
R=21.051
K=-40.0000
A4=2.18E-05
A6=1.41E-06
A8=-1.09E-08
A10=1.41E-11
A12=5.43E-14
A14=-1.18E-16
6面
R=7.745
K=-3.6110
A4=1.92E-04
A6=-2.66E-06
A8=3.20E-08
A10=-2.43E-10
A12=1.06E-12
A14=-2.02E-15
7面
R=∞
K=0.0000
A4=-1.44E-04
A6=1.96E-06
A8=-2.01E-08
A10=1.69E-10
A12=-7.91E-13
A14=1.36E-15
8面
R=8.831
K=-1.1051
A4=-3.84E-05
A6=1.44E-06
A8=-7.66E-09
A10=2.50E-11
A12=0.00E+00
A14=0.00E+00
9面
R=24.848
K=0.0000
A4=-5.93E-04
A6=-2.30E-06
A8=1.58E-07
A10=-1.01E-09
A12=0.00E+00
A14=0.00E+00[Table 2]
Example 2
F 0.65
f 19.5mm
Value of equation (3): 1.0
Surface number Radius of curvature Interval Refractive index (OBJ) 0 ∞ ∞
1 17.428 9.60 1.4884
2 96.833 5.70
3 -10.995 4.50 1.5788
4 21.051 8.23
(Aperture) 5 ∞ -4.70
6 7.745 12.40 1.4884
7 ∞ 2.70
8 8.831 13.00 1.4884
9 24.848 2.57
Aspheric coefficient
One surface
R = 17.428
K = 0.1130
A4 = -4.26E-06
A6 = -2.04E-07
A8 = 1.26E-09
A10 = -1.43E-11
A12 = 5.53E-14
A14 = -1.09E-16
2 sides
R = 96.833
K = 27.9955
A4 = 1.50E-05
A6 = -7.17E-07
A8 = 3.63E-09
A10 = -4.91E-12
A12 = -2.43E-14
A14 = 6.42E-17
3 sides
R = -10.995
K = -1.6093
A4 = 2.30E-04
A6 = -1.72E-06
A8 = 1.02E-08
A10 = -4.15E-11
A12 = 9.18E-14
A14 = -7.85E-17
4 sides
R = 21.051
K = -40.0000
A4 = 2.18E-05
A6 = 1.41E-06
A8 = -1.09E-08
A10 = 1.41E-11
A12 = 5.43E-14
A14 = -1.18E-16
6 faces
R = 7.745
K = -3.6110
A4 = 1.92E-04
A6 = -2.66E-06
A8 = 3.20E-08
A10 = -2.43E-10
A12 = 1.06E-12
A14 = -2.02E-15
7 faces
R = ∞
K = 0.0000
A4 = -1.44E-04
A6 = 1.96E-06
A8 = -2.01E-08
A10 = 1.69E-10
A12 = -7.91E-13
A14 = 1.36E-15
8 faces
R = 8.831
K = -1.1051
A4 = -3.84E-05
A6 = 1.44E-06
A8 = -7.66E-09
A10 = 2.50E-11
A12 = 0.00E + 00
A14 = 0.00E + 00
9 faces
R = 24.848
K = 0.0000
A4 = -5.93E-04
A6 = -2.30E-06
A8 = 1.58E-07
A10 = -1.01E-09
A12 = 0.00E + 00
A14 = 0.00E + 00
図11は実施例2のレンズユニットの断面図である。図中、実施例2のレンズユニットは、出射側から順に、正レンズL1,負レンズL2,絞りS,正レンズL3,正レンズL4を有している。図12は実施例2の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))である。ここで、球面収差図において、c線、d線、g線に対する球面収差量をそれぞれ表し、非点収差図において、実線Sはサジタル面、点線Mはメリディオナル面を表す。 FIG. 11 is a sectional view of a lens unit according to the second embodiment. In the figure, the lens unit of Example 2 has a positive lens L1, a negative lens L2, a stop S, a positive lens L3, and a positive lens L4 in order from the emission side. FIG. 12 is an aberration diagram of Example 2 (spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c)). Here, in the spherical aberration diagram, the amounts of spherical aberration with respect to the c-line, d-line, and g-line are respectively shown. In the astigmatism diagram, the solid line S represents a sagittal surface, and the dotted line M represents a meridional surface.
図13は、配光制御合波素子なしでの配光特性(ランバーシアン配光)を示す図であり、図14は、実施例2における配光制御合波素子を通過した後の配光特性を示す図であり、それぞれ縦軸に光度をとり、横軸に角度をとって示している。レンズユニット透過率を88%とした場合、図13の比較例では光の利用効率が51.1%であり、図14の実施例2では光の利用効率が63.1%となり、効率が向上していることが分かる。 FIG. 13 is a diagram illustrating light distribution characteristics (Lambertian light distribution) without a light distribution control multiplexing element, and FIG. 14 is a light distribution characteristic after passing through the light distribution control multiplexing element in the second embodiment. Are shown with the ordinate representing the luminous intensity and the abscissa representing the angle. When the transmittance of the lens unit is 88%, the light use efficiency is 51.1% in the comparative example of FIG. 13, and the light use efficiency is 63.1% in Example 2 of FIG. You can see that it is doing.
図15は、LEDアレイを、8を描くように各セグメントのON/OFFを制御し、且つレンズユニットのみを通して照射させた状態を示し、図16は、同じ配置のLEDアレイからの出射光を、実施例2の配光制御合波素子とレンズユニットを通して照射させた状態を示す図である。図15の比較例と図16の実施例2とを比較して、図15ではLEDチップ間の黒線が明瞭に視認されるが、図16では全く視認されないことが分かる。 FIG. 15 shows a state in which the LED array is turned ON / OFF for each segment so as to draw 8 and is illuminated only through the lens unit. FIG. 16 shows light emitted from the LED array having the same arrangement. FIG. 8 is a diagram illustrating a state where light is emitted through a light distribution control multiplexing element and a lens unit according to a second embodiment. A comparison between the comparative example of FIG. 15 and Example 2 of FIG. 16 shows that the black line between the LED chips is clearly visible in FIG. 15, but is not visible at all in FIG.
(実施例3)
図4を参照して、光源と、ガラス製の配光制御合波素子の寸法関係は以下の通りである。
D3:0.25mm
D2:0.35mm
D1:0.26mm
H:0.4mm
P:0.35mm
(1)式の値:4.4
出射面と入射面の面積比:1.81(Example 3)
Referring to FIG. 4, the dimensional relationship between the light source and the light distribution control multiplexing element made of glass is as follows.
D3: 0.25 mm
D2: 0.35 mm
D1: 0.26 mm
H: 0.4mm
P: 0.35mm
Value of equation (1): 4.4
The area ratio between the exit surface and the entrance surface: 1.81
以下、実施例3のレンズユニットについて説明する。実施例3のレンズデータを表3に示す。 Hereinafter, the lens unit of the third embodiment will be described. Table 3 shows the lens data of the third embodiment.
[表3]
実施例3
F 0.70
f 21.0mm
(3)式の値:1.0
面番号 曲率半径 間隔 屈折率
(OBJ) 0 ∞ ∞
1 16.440 10.90 1.4884
2 -749.941 3.85
3 -12.165 4.90 1.5788
4 16.543 6.32
(絞り)5 ∞ -2.88
6 7.754 13.50 1.4884
7 422.545 1.93
8 8.917 12.30 1.4884
9 20.561 2.00
非球面係数
1面
R=16.440
K=-0.2898
A4=1.96E-06
A6=-5.88E-08
A8=9.15E-10
A10=-8.53E-12
A12=1.82E-14
A14=-1.42E-17
2面
R=-749.941
K=40.0000
A4=1.69E-05
A6=-4.76E-07
A8=2.11E-09
A10=-2.17E-12
A12=-9.81E-15
A14=4.46E-17
3面
R=-12.165
K=-1.7601
A4=1.87E-04
A6=-1.21E-06
A8=6.04E-09
A10=-2.04E-11
A12=4.45E-14
A14=-2.16E-17
4面
R=16.543
K=-20.3623
A4=7.05E-05
A6=1.16E-06
A8=-5.98E-09
A10=-3.21E-12
A12=-2.80E-14
A14=2.74E-16
6面
R=7.754
K=-3.4020
A4=1.75E-04
A6=-1.86E-06
A8=1.80E-08
A10=-1.19E-10
A12=5.50E-13
A14=-1.51E-15
7面
R=422.545
K=-22.2388
A4=-8.50E-05
A6=-6.08E-07
A8=3.45E-08
A10=-4.91E-10
A12=3.24E-12
A14=-8.83E-15
8面
R=8.917
K=-0.9086
A4=8.54E-06
A6=-3.63E-07
A8=2.40E-08
A10=-1.56E-10
A12=0.00E+00
A14=0.00E+00
9面
R=20.561
K=0.0000
A4=-4.63E-04
A6=-3.89E-06
A8=1.89E-07
A10=-1.75E-09
A12=0.00E+00
A14=0.00E+00[Table 3]
Example 3
F 0.70
f 21.0mm
Value of equation (3): 1.0
Surface number Radius of curvature Interval Refractive index (OBJ) 0 ∞ ∞
1 16.440 10.90 1.4884
2 -749.941 3.85
3 -12.165 4.90 1.5788
4 16.543 6.32
(Aperture) 5 ∞ -2.88
6 7.754 13.50 1.4884
7 422.545 1.93
8 8.917 12.30 1.4884
9 20.561 2.00
Aspheric coefficient
One surface
R = 16.440
K = -0.2898
A4 = 1.96E-06
A6 = -5.88E-08
A8 = 9.15E-10
A10 = -8.53E-12
A12 = 1.82E-14
A14 = -1.42E-17
2 sides
R = -749.941
K = 40.0000
A4 = 1.69E-05
A6 = -4.76E-07
A8 = 2.11E-09
A10 = -2.17E-12
A12 = -9.81E-15
A14 = 4.46E-17
3 sides
R = -12.165
K = -1.7601
A4 = 1.87E-04
A6 = -1.21E-06
A8 = 6.04E-09
A10 = -2.04E-11
A12 = 4.45E-14
A14 = -2.16E-17
4 sides
R = 16.543
K = -20.3623
A4 = 7.05E-05
A6 = 1.16E-06
A8 = -5.98E-09
A10 = -3.21E-12
A12 = -2.80E-14
A14 = 2.74E-16
6 faces
R = 7.754
K = -3.4020
A4 = 1.75E-04
A6 = -1.86E-06
A8 = 1.80E-08
A10 = -1.19E-10
A12 = 5.50E-13
A14 = -1.51E-15
7 faces
R = 422.545
K = -22.2388
A4 = -8.50E-05
A6 = -6.08E-07
A8 = 3.45E-08
A10 = -4.91E-10
A12 = 3.24E-12
A14 = -8.83E-15
8 faces
R = 8.917
K = -0.9086
A4 = 8.54E-06
A6 = -3.63E-07
A8 = 2.40E-08
A10 = -1.56E-10
A12 = 0.00E + 00
A14 = 0.00E + 00
9 faces
R = 20.561
K = 0.0000
A4 = -4.63E-04
A6 = -3.89E-06
A8 = 1.89E-07
A10 = -1.75E-09
A12 = 0.00E + 00
A14 = 0.00E + 00
図17は実施例3のレンズユニットの断面図である。図中、実施例3のレンズユニットは、出射側から順に、正レンズL1,負レンズL2,絞りS,正レンズL3,正レンズL4を有している。図18は実施例3の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))である。ここで、球面収差図において、c線、d線、g線に対する球面収差量をそれぞれ表し、非点収差図において、実線Sはサジタル面、点線Mはメリディオナル面を表す。 FIG. 17 is a sectional view of a lens unit according to the third embodiment. In the figure, the lens unit of Example 3 has a positive lens L1, a negative lens L2, a stop S, a positive lens L3, and a positive lens L4 in order from the emission side. FIG. 18 is an aberration diagram of Example 3 (spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c)). Here, in the spherical aberration diagram, the amounts of spherical aberration with respect to the c-line, d-line, and g-line are respectively shown. In the astigmatism diagram, the solid line S represents a sagittal surface, and the dotted line M represents a meridional surface.
図19は、配光制御合波素子なしでの配光特性(ランバーシアン配光)を示す図であり、図20は、実施例3における配光制御合波素子を通過した後の配光特性を示す図であり、それぞれ縦軸に光度をとり、横軸に角度をとって示している。レンズユニット透過率を88%とした場合、図19の比較例では光の利用効率が51.1%であり、図20の実施例3では光の利用効率が68.8%となり、効率が向上していることが分かる。 FIG. 19 is a diagram illustrating light distribution characteristics (Lambertian light distribution) without a light distribution control multiplexing element. FIG. 20 is a diagram illustrating light distribution characteristics after passing through the light distribution control multiplexing element in the third embodiment. Are shown with the ordinate representing the luminous intensity and the abscissa representing the angle. When the transmittance of the lens unit is 88%, the light use efficiency is 51.1% in the comparative example of FIG. 19, and the light use efficiency is 68.8% in Example 3 of FIG. 20, which improves the efficiency. You can see that it is doing.
図21は、LEDアレイを、8を描くように各セグメントのON/OFFを制御し、且つレンズユニットのみを通して照射させた状態を示し、図22は、同じ配置のLEDアレイからの出射光を、実施例3の配光制御合波素子とレンズユニットを通して照射させた状態を示す図である。図21の比較例と図22の実施例3とを比較して、図21ではLEDチップ間の黒線が明瞭に視認されるが、図22では全く視認されないことが分かる。 FIG. 21 shows a state in which the LED array is controlled to be ON / OFF for each segment so as to draw 8, and is irradiated only through the lens unit. FIG. 22 shows the light emitted from the LED array having the same arrangement. FIG. 14 is a diagram illustrating a state where light is emitted through a light distribution control multiplexing element and a lens unit according to a third embodiment. A comparison between the comparative example of FIG. 21 and Example 3 of FIG. 22 shows that the black line between the LED chips is clearly visible in FIG. 21, but is not visible at all in FIG.
本発明は、明細書に記載の実施形態・実施例に限定されるものではなく、他の実施形態・実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や実施例や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施形態は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。例えば、本発明の撮像レンズは、5枚構成、6枚構成に限られず、7枚以上のレンズから構成されていても良い。 The present invention is not limited to the embodiments and examples described in the specification, and includes other embodiments, examples, and modified examples. It will be apparent to those skilled in the art from technical ideas. The description and embodiments of the specification are for the purpose of illustration only, and the scope of the present invention is indicated by the following claims. For example, the imaging lens of the present invention is not limited to a five-lens configuration or a six-lens configuration, and may be composed of seven or more lenses.
10 照明ユニット
20 レンズユニット
21 鏡胴
30 配光制御合波素子
31 平板部
32 導光部
32a 入射面
32b 出射面
32c 側面
40 光源
41 LEDチップ
41a 出射面
L1 正レンズ
L2 負レンズ
L3 正レンズ
L4 正レンズDESCRIPTION OF
Claims (16)
前記光学系は、複数のレンズからなるレンズユニットと、前記光源と前記レンズユニットとの間に配置された配光制御合波素子と、を有し、
前記配光制御合波素子は、前記光源側から前記レンズユニット側へ向かうにつれて広がるテーパー形状を有し前記光源からの出射光を導光する複数の導光部と、前記導光部の出射側に配置された平板部と、を備え、前記導光部における前記光源からの出射光を入射する入射面の面積に対し、前記導光部に入射した光を前記平板部に対して出射する出射面の面積は1.2倍以上、2.5倍以下に設定されている照明ユニット。In a lighting unit having a plurality of light sources and an optical system that modulates light emitted from the light sources,
The optical system has a lens unit including a plurality of lenses, and a light distribution control multiplexing element disposed between the light source and the lens unit,
The light distribution control multiplexing element has a plurality of light guide portions that have a tapered shape that expands from the light source side toward the lens unit side and guide light emitted from the light source, and an emission side of the light guide portion. A light emitting portion that emits light incident on the light guide portion to the flat plate portion with respect to an area of an incident surface of the light guide portion on which light emitted from the light source is incident. A lighting unit whose surface area is set to be 1.2 times or more and 2.5 times or less.
4≦H/(D2−D1)≦14 (1)The entrance surface and the exit surface of the light guide are substantially square, the length of the light guide in the light guide direction is H, the size of one side of the entrance surface is D1, and the size of one side of the exit surface is The lighting unit according to claim 3 or 4, wherein D2 satisfies the following expression.
4 ≦ H / (D2−D1) ≦ 14 (1)
1.4<nd<1.8 (2)The lighting unit according to claim 9, wherein a refractive index nd of a material of the light distribution control multiplexing element satisfies the following expression: 1.4 <nd <1.8 (2).
1.0≦φmax/(f/F)≦1.2 (3)The illumination unit according to any one of claims 1 to 11, wherein an F number of the lens unit is F, a focal length thereof is f, and a maximum effective diameter thereof is φmax.
1.0 ≦ φmax / (f / F) ≦ 1.2 (3)
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