(57)【要約】【課題】輝度の均一性を達成し、かつ、高輝度の照明装置を提供する。【解決手段】ｚｘ平面に延在するフレネルレンズと、フレネルレンズからフレネルレンズの焦点距離ｆだけｙ方向に離れて配置され、ｚ方向に延在する棒状の導光体と、導光体の一端に配置された少なくとも１つの光源と、を有し、光源からの光は、導光体によってｚ方向に伝播し、導光体に形成された複数のプリズムは、導光体から出射する光のｚ方向の配光を制御し、フレネルレンズに形成された複数のプリズムは、フレネルレンズから出射する光のｘ方向の配光を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｚｘ平面に延在するフレネルレンズと、
前記フレネルレンズから前記フレネルレンズの焦点距離ｆだけｙ方向に離れて配置され、ｚ方向に延在する棒状の導光体と、
前記導光体の一端に配置された少なくとも１つの光源と、
を有し、
前記光源からの光は、前記導光体によってｚ方向に伝播し、
前記導光体に形成された複数のプリズムは、前記導光体から出射する光のｚ方向の配光を制御し、
前記フレネルレンズに形成された複数のプリズムは、前記フレネルレンズから出射する光のｘ方向の配光を制御する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記導光体は、前記光源から遠ざかるにつれて断面積が減少する楔形である、
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
２つの光源を有し、
前記２つの光源が、前記導光体の両端に配置されている、
請求項１または２に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関するものであり、特に、ヘッドアップディスプレイに使用される高輝度の照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、航空機や車両の運転者等に対して、その前方視野内に画像情報を提供する手段としてヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ  Ｕｐ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＵＤ）が用いられるようになっている。ヘッドアップディスプレイ用の照明装置は、１００万ｃｄ／ｍ２以上の高輝度が必要であるとされている。
例えば特許文献１に記載の従来の車載用の照明装置は、複数のＬＥＤを二次元状に配列してなる面光源と、面光源からの光を略平行光に変換するために、各ＬＥＤに対応する位置に設けられたフレネルレンズからなる集光手段と、集光手段のフレネルレンズよりも口径の小さいフレネルレンズを、集光手段よりも高密度に配列してなる光拡散手段と、を備える。この照明装置は、液晶パネルとともにヘッドアップディスプレイに好適な高輝度の光源ユニットを構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８７７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の直下型の照明装置の場合、高輝度のＬＥＤが二次元状に配列されているため、各ＬＥＤの中心では明るく、隣接するＬＥＤの間では暗くなる。すると、照明装置全体としては、輝度が不均一になり、見栄えが悪いという問題が生じていた。
そこで、本発明は、上述した問題点を解消し、輝度の均一性に優れ、かつ、高輝度の照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の要旨は、以下のとおりである。
本発明の照明装置は、
ｚｘ平面に延在するフレネルレンズと、
前記フレネルレンズから前記フレネルレンズの焦点距離ｆだけｙ方向に離れて配置され、ｚ方向に延在する棒状の導光体と、
前記導光体の一端に配置された少なくとも１つの光源と、
を有し、
前記光源からの光は、前記導光体によってｚ方向に伝播し、
前記導光体に形成された複数のプリズムは、前記導光体から出射する光のｚ方向の配光を制御し、
前記フレネルレンズに形成された複数のプリズムは、前記フレネルレンズから出射する光のｘ方向の配光を制御する、
ことを特徴とする。
【０００６】
本発明の照明装置は、
前記導光体は、前記光源から遠ざかるにつれて断面積が減少する楔形である、
ことが好ましい。
【０００７】
本発明の照明装置は、
２つの光源を有し、
前記２つの光源が、前記導光体の両端に配置されている、
ことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る照明装置を示す図である。
【図２】（ａ）は、照明装置の導光体を透過した後の配光分布を示し、（ｂ）は、照明装置のフレネルレンズを透過した後の配光分布を示す。
【図３】導光体からの出力光分布を説明するための図である。
【図４】光路変換手段の各種変形例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る照明装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の照明装置を、その実施形態を例示して詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る照明装置の斜視図であり、図１（ｂ）は、この照明装置の一部をｙｚ面において示す図であり、図１（ｃ）は、この照明装置のｘｙ断面を示す図である。
照明装置１０は、フレネルレンズ２と、棒状の導光体４（ガイドロッドとも称する）と、導光体４の一端に配置された点状の光源６（例えばＬＥＤ）と、を有する。
フレネルレンズ２は、導光体４側の面に一方向（ｚ軸方向）に延びる複数のプリズムが形成されたリニアフレネルレンズであり、ｚｘ平面に延在する。導光体４は、透明材料から形成され、ｚ方向に延在し、ｚｘ平面ではフレネルレンズ２の略中央に配置されている。導光体４は、フレネルレンズ２からフレネルレンズ２の焦点距離ｆだけｙ方向に離れて配置されている。なお、導光体４とフレネルレンズ２との間隔は、正確な焦点距離ｆのみに限定されるのではなく、焦点距離ｆの±２０％の幅を有するものである。
【００１０】
図１（ｂ）に示すように、点状の光源６からの光は、導光体４に入射し、導光体４内のフレネルレンズ２側の面Ａおよび面Ａに対向する面Ｂにおいて反射するか、または、面Ｂのみにおいて反射し、面Ａからｙ方向に出射する。ここで、面Ｂには、面Ｂにおいて反射した光がｙ方向に進行するように複数のプリズムが形成されている。すなわち、複数のプリズムは、面Ｂにおいて反射した光がｙ方向に対して傾斜した方向（ｚ方向）に進行しないように設計されている。なお、面Ａからｙ方向に対して傾斜した方向（ｚ方向）に出射した光を、面Ａと対向するように配置された光路変更シート(例えば、いわゆる下向きプリズムシート)を用いて、ｙ方向に進行するようにしてもよい。
図１（ｃ）に示すように、導光体４からの光は、フレネルレンズ２に設けられた複数のプリズムによって屈折し、フレネルレンズ２からｙ方向に出射する。ここで、複数のプリズムは、当該複数のプリズムにおいて屈折した光がｙ方向に対して傾斜した方向（ｘ方向）に進行しないように設計されている。
図１（ｂ）（ｃ）から明らかなように、点状の光源６からの光は、導光体４によってｚ方向に伝播することにより、導光体４が線状に発光する。また、線状の導光体４からの光はフレネルレンズ２に入射することよって、フレネルレンズ２が面状に発光する。その結果、照明装置１０は、面状光源と同様に機能する。ただし、この照明装置１０では、従来の直下型の照明装置のように、点状の光源６の光を照明装置から直接出射するのではなく、導光体４およびフレネルレンズ２によってｚｘ平面に拡げた光を照明装置１０から略平行光として出射するため、輝度の均一性および高輝度性を達成することができる。
【００１１】
図２（ａ）は、導光体４を透過した後の配光分布を示し、図２（ｂ）は、フレネルレンズ２を透過した後の配光分布を示す。図２（ａ）には、ｘ方向の光度（破線）に比べてｚ方向の光度（実線）の角度分布が小さいことが示されている。すなわち、導光体４は、ｚ方向の配光を絞っていることが分かる。図２（ｂ）には、ｚ方向の光度（実線）に比べてｘ方向の光度（破線）の角度分布が小さいことが示されている。すなわち、フレネルレンズ２は、ｘ方向の配光を絞っていることが分かる。このように、本発明の照明装置１０では、導光体４に形成された複数のプリズムは、導光体４から出射する光のｚ方向の配光を制御し（ｚ方向に進行する光の成分を低減し）、フレネルレンズ２に形成された複数のプリズムは、フレネルレンズ２から出射する光のｘ方向の配光を制御する（ｘ方向に進行する光の成分を低減する）。
【００１２】
図３（ａ）に示すように、導光体４からｙ方向に出力する光は、光源６から遠ざかるにつれて（ｚ方向に進むにつれて）小さくなる。それゆえ、図３（ｂ）に示すように、ｚ方向に均一な出力光を得るために、導光体４の面Ｂに光路変換手段を設けることが好ましい。
【００１３】
図４を用いて、光路変換手段の各種変形例を説明する。
図４（ａ）に示すように、光路変換手段４０は、部分的に粗面化加工を施し微小な凹凸を形成した光散乱部４１（黒点部分）と、粗面化加工を施さない平面部４２（白色部分）と、からなる。光散乱部４１は、微小な凹凸が形成されていることから、光源６で発光して一端４ｔ１から導光体４内に進入して面Ｂで反射する光線のうち、光散乱部４１で反射する光線は、平面部４２で反射する光線と比較して、面Ａを透過して結果的にフレネルレンズ２内へ進行する光量が多くなる。
光路変換手段４０は、光源６から遠ざかるにつれて、光散乱部４１の面積が大きくなるように形成されている。このように、光源６から離れるほど面Ａを透過する光線量が多くなるように、光源６からの距離と光散乱部４１の面積とのバランスを考慮して光散乱部４１を形成することにより、光源６が一端４ｔ１に配置されているにも関わらず、光線は面Ａにおいてｚ方向に均一に放射されることになる。
【００１４】
光散乱部４１を形成するための粗面化の方法としては、サンドブラスト等により直接的に導光体４の面Ｂに加工することも可能であるが、導光体４を透明樹脂材料により作成する場合には、予め金型の所定位置にサンドブラスト、エッチング等の手法により、微小な凹凸面を形成しておくことによって、導光体４を成形すると同時に光散乱部４１を転写する方法でもよい。
【００１５】
さらに、光散乱部４１には、粗面化加工を施す代わりに、白色（乳白色でも可）の塗料を塗布することもできる。白色の塗料を塗布した光散乱部４１は、平面部４２と比較して光線の反射率が高くなるため、光散乱部４１で反射すると、面Ａを透過してフレネルレンズ２内へ進行する光量が多くなる。光散乱部４１に塗料を塗布する方法は、スクリーン印刷、その他の一般的な印刷またはスプレー塗装等の一般的な塗装方法が適用可能である。
【００１６】
図４（ｂ）に示すように、導光体４の形状を光源６から遠ざかるにつれて断面積が減少する楔形に形成してもよい。すなわち、導光体４の両端部のうち断面積の大きい一端４ｔ１の方に光源６を配置する構成としてもよい。このような導光体４は、他端４ｔ２側が薄く形成される分だけ体積を小さくすることができることから軽量化を図ることができる。このような構成とした場合には、面Ａを基準として面Ｂ側が傾斜している形状であるから、導光体４の内部を進行する光線の面Ｂでの反射角度が異なってくる。すなわち、光源６から離れるにしたがって、面Ｂで反射する光線は、対向する面Ａに対して徐々に垂直方向に進行するようになるので、面Ｂの傾斜角度も考慮して面Ａで光が均一に放射するようにバランスをとる必要がある。
【００１７】
なお、図４（ａ）（ｂ）等に示す導光体４のように、ｘｙ断面形状が四角形であるものに限定されることはなく、例えば図４（ｃ）に示すように、ｘｙ断面形状が円である導光体４を使用してもよい。
【００１８】
図４（ｄ）（ｅ）に示すように、光路変換手段４０’が、略三角形の断面形状を有する溝部４３と、溝部４３の間に形成される平面部４２と、により構成されていてもよい。導光体４内部を進行し面Ｂで反射する光線は、溝部４３で反射される場合には、溝部４３を形成する傾斜面によって面Ａに対して略垂直に進行しやすく、平面部４２で反射する場合と比較して、面Ａを透過して結果的にフレネルレンズ２内へ進行する光量が多くなる。したがって、平面部４２の幅（占有面積）に対する溝部４３の幅（占有面積）の比率は、導光体４の一端４ｔ１から遠ざかるに従って徐々に大きくなるように設定されている。このとき、光源６からの距離および溝部４３の占有面積のバランスを考慮して形成することにより、光源６が一端４ｔ１に配置されているにも関わらず、光線は面Ａにおいて均一に放射される。
【００１９】
上述のように溝部４３および平面部４２の占有面積の比率を変化させるために、図４（ｄ）に示す光路変換手段４０’の場合は、平面部４２の幅を一定にして、溝部４３の幅および切り込み深さが、光源６から遠ざかるに従って徐々に大きくなるように設定している。一方、図４（ｅ）に示す光路変換手段４０’の場合には、溝部４３の幅および切り込み深さは一定にして、平面部４２の幅を徐々に狭くなるように形成している。
【００２０】
光路変換手段４０’を構成する溝部４３は、その断面形状を略三角形としたが、特にこれに限定されるものでなく、断面形状を略四角形としてもよいし、その他の多角形、さらには、溝部４３を構成する平面の傾斜に類似させた曲面により構成してもよい。さらに、図４（ｆ）に示す光路変換手段４０’’として、平面部を設けずに、断面形状が略三角形となるような２つの傾斜面からなる山部を連続的に形成する構成としてもよい。この場合にも、面Ａでの均一発光を実現するために、その傾斜角度、大きさおよび間隔を考慮して形成する必要がある。
【００２１】
図５（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る照明装置の斜視図であり、図５（ｂ）は、導光体の光路変換手段を示す図である。
照明装置２０では、導光体４の一端に光源６ａが配置され、導光体４の他端に光源６ｂが配置されている。このように、２つの光源６ａ、６ｂが、導光体４の両端に配置されている場合、光路変換手段４０は、導光体４の中央付近で光散乱部４１の面積を最大に、さらに両端４ｔ１、４ｔ２に向かって光散乱部４１の面積が徐々に小さくなるように形成し、面Ａでの光線の放射量を均一になるようにする。このように、２つの光源６ａ、６ｂを配置すると、導光体４からの出力光の輝度は、図４（ａ）に示す場合と比較して略２倍になる。
なお、図示例では、光源６、６ａ、６ｂは、導光体４から離して配置されているが、導光体４に接触して配置されてもよい。
また、図示を省略するが、導光体４の長手方向の側面（面Ａ以外の３面）は、光線を高効率にフレネルレンズ２に導くために、光反射部材によって覆われていることが好ましい。
【符号の説明】
【００２２】
２        フレネルレンズ
４        導光体
６        光源
６ａ      光源
６ｂ      光源
１０      照明装置
２０      照明装置
４０      光路変換手段
４０’    光路変換手段
４０’’  光路変換手段
４１      光散乱部
４２      平面部
４３      溝部
４ｔ１    一端
４ｔ２    他端
Ａ        面
Ｂ        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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