(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸上に極大点を有する放射配光パターンの半導体光源と、
前記光源の光軸と対向する位置に配置され、前記光源から光軸方向に放射された光を、異なる複数方向に配光させる傾斜面を入射面側もしくは出射面側に設けたシート状または板状のレンズ部材と、
前記レンズ部材と離間して配置され、前記レンズ部材を介して配光した光を、所望の方向に光学的に制御する光学制御部材と、を備えてなることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光学制御部材は、シート状または板状であることを特徴とする請求項１に記載の照明装差装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）等の半導体による光源を、例えば車載のスポット用照明として用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車載や飛行機のブックライトとして用いる照明装置では、省電力化、高輝度化、省スペース化を実現するために、電球からＬＥＤへの転換が行われている。ＬＥＤを用いた照明装置は、フレネルレンズを用いてＬＥＤ光源からの出射光の光学的な制御を可能とする車両用の灯具として使用されている。（例えば、特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８１７１７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１の技術は、前照灯の光源としてＬＥＤを用い、ＬＥＤ光源からの出射光の光学的な制御を可能とするものである。
【０００５】
しかしながら、このシステムを例えば車載用のインテリアの照明や複数の箇所のスポット照明として用いた場合は、少なくとも複数のスポットに光軸中心を向けるように配置したＬＥＤが必要となる、という問題があった。また、少なくとも１個のＬＥＤを用いて複数のスポット照射を行う場合マスキングすることで可能となるが、マスキング部に照射方向に向かわない余分な光の分だけ効率が悪くなるという、問題があった。
【０００６】
この発明の目的は、少なくとも１個の半導体光源を用い複数の均斉度の高いスポット照射の実現を可能とする照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、この発明の照明装置は、光軸上に極大点を有する放射配光パターンの半導体光源と、前記光源の光軸と対向する位置に配置され、前記光源から光軸方向に放射された光を、異なる複数方向に配光させる傾斜面を入射面側もしくは出射面側に設けたシート状または板状のレンズ部材と、前記レンズ部材と離間して配置され、前記レンズ部材を介して配光した光を、所望の方向に光学的に制御する光学制御部材と、を備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、少なくとも１個の半導体光源で均斉度の高い複数のスポット照射を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の照明装置に関する第１の実施形態について説明するための概念的な斜視図である。
【図２】図１要部の拡大斜視図である。
【図３】図１要部の拡大斜視図である。
【図４】図１の動作について説明するための説明図である。
【図５】この発明の照明装置に用いるフレネルレンズについて説明するための説明図である。
【図６】この発明の照明装置に関する第２の実施形態について説明するための説明図である。
【図７】この発明の照明装置に関する第３の実施形態について説明するための説明図である。
【図８】この発明の照明装置に関する第４の実施形態について説明するための説明図である。
【図９】この発明の照明装置に関する第５の実施形態について説明するための説明図である。
【図１０】図９要部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
図１〜図３は、この発明の照明装置に関する第１の実施形態について説明するための、図１は概念的な斜視図、図２、図３はそれぞれ図１要部の拡大斜視図である。
【００１２】
図１において、１１は例えば耐熱性の合成樹脂製で底部１１１を有する箱状に形成されたハウジングである。ハウジング１１の収容部１１２の開口部分には段部１１３が形成される。収容部１１２には、ＬＥＤもしくはＬＤ等の半導体による光源１２とこの光源１２をオン・オフさせるスイッチ１３等が搭載された絶縁基板１４の板面が底部１１１と対向する状態で収容される。絶縁基板１４は、ハーネス１５を用いて図示しない電源部と電気的に接続される。光源１２は、電源部からの電力の供給を受け、スイッチ１３がオンした場合に点灯される。
【００１３】
１６は、図２にも示すように、透光性の樹脂製もしくは石英ガラス製で、平行に異なる角度の傾斜面の組み合わせによりＶ溝１６１が複数形成されたスプリッタである。隣り合うＶ溝１６１は、互いに接して形成させることで、Ｖ溝１６１との間には山となる逆Ｖ１６２が形成される。Ｖ溝１６１は、スプリッタ１６の入射側１６３に、光源１２の出射光幅ｗよりも狭い領域に、複数併設する加工がされている（図４参照）。スプリッタ１６はＶ溝１６１と光源１２の照射側が対向した状態で配置される。
【００１４】
スプリッタ１６は、光源１２から放射された光を異なる方向に配光させるレンズ部材である。
【００１５】
スプリッタ１６と対向する位置には、図３に示す同一面にレンズ部１７１が形成された反対面側のフレネルレンズ１７を対向配置させた状態でハウジング１１の収容部１１２に収容する。フレネルレンズ１７は、光源１２からの出射光を、光学的な制御を行い略平行光に変換して所望の位置に照射させる光学制御手段となるものである。
【００１６】
フレネルレンズ１７は、一般のレンズの曲線の一部を薄いシート上に所定のピッチで転写させることで、レンズと光学的に同機能を実現したものである。扁平なフレネルレンズ１７を用いたことで、一般的なレンズの厚み方向を薄くできることから省スペース化に寄与する。
【００１７】
光源１２が実装された回路基板１４、スプリッタ１６、フレネルレンズ１７は、それぞれ所定の間隔で収容部１１２に収容されるように、図示しないフレームやスペーサそれにハウジング１１の一部を用いて取着される。収容部１１２では、回路基板１４、スプリッタ１６、フレネルレンズ１７それぞれの位置出しを行った状態で透光性のアウターカバー１８で覆うことでシステム全体を構成する。
【００１８】
ここで、図４を参照し、図１の動作について説明する。光源１２に電力が供給されると、光源１２から光が放射され、スプリッタ１６のＶ溝１６１の傾斜面から入射された光は、外側に分光されるとともに、スプリッタ１６の傾斜面の角度と材料による屈折作用に基づき光源１２の光軸方向と異なる複数の方向に配光される。配光された光は、スプリッタ１６の出射側１６３から出射される。スプリッタ１６に入射したほとんどの光が配光され外側に放射される。
【００１９】
出射側１６３から光源の光軸方向と異なる複数の方向に配光された光は、光学制御部材であるフレネルレンズ１７に入射しレンズ部１７１を介して平行光に変換され、出射光４２１，４２２として照射面４３にスポット照射される。レンズ部１７１は、一例として中心に対して同心円状に漸次受光した光を平行に変換する形状となっている。このため、照射面４３の異なる位置に、ほぼ円形状の一点鎖線で示す照射エリア４４１，４４２の形状で照射させることができる。
【００２０】
このように、光源１２から出射された光は、スプリッタ１６で光源の光軸方向と異なる複数の方向に配光された後、フレネルレンズ１７で平行光に変換させて所望の照射形状を実現している。スプリッタ１６で配光された光と光の間の光は、対向するＶ溝１６１の作用によりこの部分で通過する光量が極めて少ないものとなる。従って、スプリッタ１６は、光源１２で発生させた光を効率的にレンズ部１７１に入射させることができ、光の効率的な利用に寄与する。
【００２１】
この実施形態では、光源から出射された光をスプリッタで、光源の光軸方向と異なる複数の方向に配光させたのち、平行光に変換して複数の照射エリアを得るようにしたことから、少なくとも単一光源から効率的に複数のスポット照明となる照射エリアを得ることができる。
【００２２】
なお、フレネルレンズ１７は、２か所の照射エリアを有するスポット照明を得るための例として、２か所設けたが、２か所をカバーする大きめの１個のフレネルレンズによる２か所のスポット照明としても構わない。また、複数のレンズは同一の基板状に形成されたものでなくてもよく、複数のフレネルレンズを用いても構わない。照射エリアは、フレネルレンズの曲率をレンズの中心から左右上下に変化させることにより、球面あるいは非球面の形状とすることができる。
【００２３】
また、スプリッタは石英ガラス製としたが、透光性で光源の発する熱に耐え得るものであればよく、アクリル等の合成樹脂製であってもよい。スプリッタ１６は、一般的にプリズムシートと呼称される光学シートであってもよい。要は光源１２からの光を効率的に配光させる機能を有するものであれば差し支えない。さらに、Ｖ溝１６１は、スプリッタ１６に入射した光の出射面側に設けてもよい。
【００２４】
図５は、フレネルレンズについてさらに説明するための説明図である。図５のレンズは１７１のみを示すとともに、スプリッタ１６は省略してある。
【００２５】
図５（ａ）のフレネルレンズ１７は、出射面のみにレンズ１７１の機能を形成したものである。この場合の照射面における照度は、レンズの中心のレベルが高く、その周辺のレベルが低い状態となる。
【００２６】
図５（ｂ）のフレネルレンズ１７は、出射面のレンズ１７１の他に入射面にもレンズ部１７３の機能を形成したものである。この場合の照射面における照度は、レンズ部１７３の作用により光源１２の中心方向に出射された光は照射面の周辺側に、光源１２の外方向に出射された光は外側に照射させている。このため、照射面４３では中央とその周辺における均斉度の向上を図ることができる。
【００２７】
なお、フレネルレンズ１７は図５（ａ）のもの使うか、図５（ｂ）のものを使用するかは照射エリアの使用目的により選択すればよい。
【００２８】
図６は、この発明の照明装置に関する第２の実施形態について説明するための説明図である。以下の実施形態において、上記実施形態と同一の構成や機能部分には同一の符号を付し、ここでは異なる部分を中心に説明する。
【００２９】
この実施形態は、フレネルレンズに換わる配光手段である凸型のレンズ６１を用いたものである。また、スプリッタ１６は配光して入射された光が混ざらないようにするために、配光された光にそれぞれ対応するものを使用するか、スリット６２を形成したものを使用する。
【００３０】
この場合、光源１２から出射された光は、レンズ６１で光源１２から広がる方向に放射された光を平行光になるように変換される。このとき、レンズ６１の光軸方向には光量の少ない光４１として放射され、光軸から広がる方向は光量の多い光としてレンズ６１で平行光に変換されスプリッタ１６に入射される。スプリッタ１６のＶ溝１６１の傾斜部分から入射された光は、出射光４２１，４２２に配光され、照射面４３に照射エリア４４１，４４２として出射される。
【００３１】
この実施形態の場合も、照射エリアの照度には寄与しないレンズ６１の光軸方向の光量を小さくできることから、光源１２で発生された光を効率的に利用することができ、照射エリア４４１，４４２の照度を向上させることができる。
【００３２】
なお、レンズ６１は、光源１２から出射された光を平行光にするとしたが、必ずしも平行光にする必要はなく、必要とする照射エリアの面積や照度により異なってくるものである。
【００３３】
図７は、この発明の照明装置に関する第３の実施形態について説明するための説明図である。
【００３４】
この実施形態は、レンズ７１に、入射された光を配光させる配光手段の機能と照射面に所望の照射エリアで照射させる光学的な変換を行う光学制御手段の機能を備えた形状を持せたものである。
【００３５】
図７に示すように、レンズ７１は光源１２の光を入射させる入射面７１１が円錐形状をし、照射面４３に出射される出射面７１２が中央に凹み７１３を有する凸形状をしている。
【００３６】
入射面７１１に光源１２の光が入射されると、レンズ７１は凸レンズの光学的な作用により、光軸を跨って入射された側から広がる方向に出射される。このとき、レンズ７１の形状を平行光となるように設計することにより、照射面４３には図７に示すような照射エリア４４１，４４２を得ることができる。レンズ７１の凹み７１３は、レンズ７１の光軸上周辺では高い光量で光が出射されないようにするためのものである。
【００３７】
なお、レンズ７１は、光源１２から入射された光を必ずしも平行光にして出射させる必要はなく、必要とする照度とエリアの関係で光学上の設計が図られるものである。
【００３８】
この実施形態でも、照射エリアの照度には寄与しないレンズ７１の光軸方向から出射される光量を小さくできることから、光源１２で発生された光を効率的に利用することができ、照射エリア４４１，４４２の照度を向上させることができる。
【００３９】
図８は、この発明の照明装置に関する第４の実施形態について説明するための説明図である。
【００４０】
この実施形態は、図７のレンズ７１に相当するレンズ８１を用いたものである。レンズ８１は、光源１２の光が入射される入射面８１１が、光源１２が配置された方向に遠ざかる方向に最も凸となる三角錐の入射部８１２と光が出射される出射面８１３の中央部に底が平坦な形状の凹部８１４から形成される。このレンズ８１も入射された光を配光させる配光手段の機能と照射面に所望の照射エリアで照射させる光学的な変換を行う光学制御手段の機能を備えている。
【００４１】
レンズ８１の入射部８１２に入射された光源１２の光は、入射面８１１で配光された光の光軸方向で一部全反射し、照射エリア４４１あるいは４４２に導かれる。光源１２の光は、照射エリア４４１，４４２に導かれる光以外には実質的にレンズ８１からは出射されないことから効率的な光の利用が可能となる。
【００４２】
この実施形態の場合も照射エリアの照度には寄与しないレンズ８１から出射光量を小さくできることから、光源１２で発生された光を効率的に利用することができ、照射エリア４４１，４４２の照度を向上させることができる。
【００４３】
図９、図１０は、この発明の照明装置に関する第５の実施形態について説明するための、図９は説明図、図１０は図９要部の拡大斜視図である。
【００４４】
この実施形態は、図８のレンズ８１と同機能を有するリフレクタ９１に換えたものである。光源１２の光が出射される側とリフレクタ９１，９２は、対向して配置される。リフレクタ９１，９２は、それぞれ光源１２の光を配光させるとともに集光させる機能を備える。すなわち、リフレクタ９１，９２は入射された光を配光させる配光手段の機能と照射面に所望の照射エリアで照射させる光学的な変換を行う光学制御手段の機能を備えたものである。
【００４５】
光源１２とリフレクタ９１，９２は、空気層９３１，９３２を介して対向配置される。リフレクタ９１，９２は、光源１２の中央付近から出射された光の領域を反射させる内側の第１の傾斜部９４１，９４２とこれらにそれぞれつながり光源１２の外側の位置から出射された光の領域を反射させる第２の傾斜部９５１，９５２から形成される。第１の傾斜部９４１，９４２と第２の傾斜部９５１，９５２は角度を異ならせてある。第１の傾斜部９４１と第２の傾斜部９５１とには凹部９６１を、第２の傾斜部９４２と第２の傾斜部９５２とには凹部９６２が形成される。
【００４６】
光源１２の光は、空気層９３１，９３２をそれぞれ介してリフレクタ９１，９２の第１の傾斜部９４１，９４２と第２の傾斜部９５１，９５２でそれぞれ配光される。第１の傾斜部９４１，９４２それに第２の傾斜部９５１，９５２では、入射された光を全反射させ、照射エリア４４１あるいは４４２に導かれる。光源１２の光は、照射エリア４２１，４２２に導かれる光以外には出射されないことから効率的な光の利用が可能となる。このため、照射エリア４４１，４４２の中間の領域４４３への光の漏れを防止することができる。
【００４７】
この実施形態では、光軸を同じとする少なくとも１個の半導体による光源から複数個所にスポット照射を実現することができる。さらに、光源１２からの出力を所望のスポット部分に照射させることができることから、より効率的な照射を実現することが可能となる。
【００４８】
なお、第１および第２の傾斜部は、その傾きや形状を変えることで集光の制御を行い、必要とする照射エリアの面積や形状を変えることができる。
【００４９】
この発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１１  ハウジング
１２  光源
１４  絶縁基板
１６  スプリッタ
１６１  Ｖ溝
１６２  逆Ｖ
１６３  出射側
１７  フレネルレンズ
１７１，１７３  レンズ部
１８  アウターカバー
４２１，４２２  出射光
４３  照射面
４４１，４４２  照射エリア
６１，７１，８１  レンズ
７１１，８１１  入射面
７１２，８１３  出射面
７１３  凹み
８１２  入射部
９１，９２  リフレクタ
９４１，９４２  第１の傾斜面
９５１，９５２  第２の傾斜面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005560970.tif 000009
【図９】
0005560970.tif 000010
【図１０】
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