(57)【要約】【課題】光源からの光の利用効率を向上させることができ、また、複数の投光素子を、被照射面における特定範囲をそれぞれ投光するように高精度に位置決め調整しつつ、所定の配置に配列する事が容易である投光ユニットを提供する。【解決手段】投光素子は、テーパ状導光体と、テーパ状導光体の出射面に連設される投光レンズと、を備え、投光レンズは、レンズ入射面と、所定曲率のレンズ面と、レンズ外側面と、で中実に区画され、投光レンズは、該投光レンズの光軸方向の全長にわたって、該光軸と直交する方向の断面積が、テーパ状導光体の出射面から出射する光の光束の断面積よりも大きくなるように、レンズ外側面が配置され、投光素子のお互いに隣接するレンズ外側面同士が連結されることにより、各投光素子が被照射面における特定範囲を投光するように各投光素子の光軸が設定されてなる。【選択図】図１
2017022035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源からの光の照度分布の均一性を高めると共に、被照射面における特定範囲を投光する投光素子とを有し、前記投光素子を複数隣接させて配列してなる投光ユニットであって、
前記投光素子は、前記光源からの光が入射する入射面の面積よりも出射面の面積が大きいテーパ状導光体と、
前記テーパ状導光体の出射面に連設される投光レンズと、を備え、
前記投光レンズは、前記テーパ状導光体からの出射光が入射するレンズ入射面と、被照射面に該テーパ状導光体からの出射光を投光する所定曲率のレンズ面と、レンズ外側面と、で中実に区画され、
前記投光レンズは、該投光レンズの光軸方向の全長にわたって、該光軸と直交する方向の断面積が、前記テーパ状導光体の出射面から出射する光の光束の断面積よりも大きくなるように、前記レンズ外側面が配置され、
各投光素子のお互いに隣接する前記レンズ外側面同士が連結されることにより、各投光素子が被照射面における特定範囲を投光するように各投光素子の光軸が設定されてなる事を特徴とする投光ユニット。
【請求項２】
前記投光レンズの前記レンズ外側面は、該投光レンズの光軸と直交する断面形状が多角形状である請求項１に記載の投光ユニット。
【請求項３】
前記テーパ状導光体の出射面の形状が矩形である請求項１又は請求項２に記載の投光ユニット
【請求項４】
前記投光素子のお互いに隣接する前記レンズ外側面同士が連結されることにより、各投光素子が被照射面における同一領域を重畳して投光するように各投光素子の光軸が設定されてなる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の投光ユニット。
【請求項５】
前記投光素子のお互いに隣接する前記レンズ外側面同士が連結されることにより、各投光素子が被照射面における異なる領域を隣接して投光するように各投光素子の光軸が設定されてなる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の投光ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光光源からの光を導光して、被照射面における特定範囲に均一な照度分布の光を投光する投光ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、テーパーロッド状のオプティカルインテグレータと投影レンズを組み合わせて、被照射面内における特定範囲を照度分布の均一化を図りつつ投光する投光素子が知られている（例えば、特許文献１又は特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００８−７８８２０号公報
【特許文献２】特開２００４−１０２１３２号公報
【０００４】
オプティカルインテグレータは、ガラス又は光透過性の樹脂からなり、ロッドレンズ内で光源から発した光が全反射を繰り返すことで、被照射面での照度分布の均一性を高めている。特に、図８に示すように、オプティカルインテグレータ３００の形状を光の入射面３２０から出射面３３０に向けてテーパ状に末広がりに広げたものでは、その出射面３３０から出射する出射光の出射角度を小さくできるため、被照射面における特定範囲に均一な照度分布をもった面照明を実現できる。
【０００５】
特許文献１及び特許文献２に記載の投光素子は、このようなオプティカルインテグレータに対して、投影レンズをその前側焦点位置にオプティカルインテグレータの出射端面が位置するように配置してオプティカルインテグレータから出射する光を被照射面内の特定範囲に拡大して投光するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の投光素子はオプティカルインテグレータの出射面から出射する光の一部が、その出射面又は投影レンズ面で反射してしまい光の利用効率を向上させることが困難であった。また、複数の投光素子をマトリックス状に配列して投光ユニットを構成するに際しては、各投光素子が被照射面における特定範囲をそれぞれ投光するように高精度に位置決め調整しつつ、所定の配置に配列する事が容易ではないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記従来における問題点を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、光源からの光の利用効率を向上させることができ、また、複数の投光素子を、各投光素子が被照射面における特定範囲をそれぞれ投光するように高精度に位置決め調整しつつ、所定の配置に配列する事が容易である投光ユニット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】
【０００８】
上記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、投光ユニットは、光源と、該光源からの光の照度分布の均一性を高めると共に、被照射面における特定範囲を投光する投光素子とを有し、前記投光素子を複数隣接させて配列してなる投光ユニットであって、前記投光素子は、前記光源からの光が入射する入射面の面積よりも出射面の面積が大きいテーパ状導光体と、前記テーパ状導光体の出射面に連設される投光レンズと、を備え、前記投光レンズは、前記テーパ状導光体からの出射光が入射するレンズ入射面と、被照射面に該テーパ状導光体からの出射光を投光する所定曲率のレンズ面と、レンズ外側面と、で中実に区画され、前記投光レンズは、該投光レンズの光軸方向の全長にわたって、該光軸と直交する方向の断面積が、前記テーパ状導光体の出射面から出射する光の光束の断面積よりも大きくなるように、前記レンズ外側面が配置され、各投光素子のお互いに隣接する前記レンズ外側面同士が連結されることにより、各投光素子が被照射面における特定範囲を投光するように各投光素子の光軸が設定されてなる。
【０００９】
また、本発明の投光ユニットは、前記投光レンズの前記レンズ外側面は、該投光レンズの光軸と直交する断面形状が多角形状である。
【００１０】
また、本発明の投光ユニットは、前記テーパ状導光体の出射面の形状が矩形である。
【００１１】
また、本発明の投光ユニットは、前記投光素子のお互いに隣接する前記レンズ外側面同士が連結されることにより、各投光素子が被照射面における同一領域を重畳して投光するように各投光素子の光軸が設定されてなる。
【００１２】
また、本発明の投光ユニットは、前記投光素子のお互いに隣接する前記レンズ外側面同士が連結されることにより、各投光素子が被照射面における異なる領域を隣接して投光するように各投光素子の光軸が設定されてなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光源からの光の利用効率を向上させることができ、また、複数の投光素子を、各投光素子が被照射面における特定範囲をそれぞれ投光するように高精度に位置決め調整しつつ、所定の配置に配列する事が容易である投光ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の投光ユニットの（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）右側面図である。
【図２】本発明の投光ユニットの表面側外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の投光ユニットの裏面側外観を示す斜視図である。
【図４】投光素子を示す斜視図である。
【図５】本発明の投光ユニットからの出射光の配光特性を示す図である。
【図６】本発明の投光ユニットからの出射光の他の配光特性を示す図である。
【図７】本発明の投光素子の変形例を示す図である。
【図８】従来のオプティカルインテグレータを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本実施の形態の投光ユニットについて図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態に係る投光ユニットの（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）右側面図、図２は、表面側外観を示す斜視図、図３は、裏面側外観を示す斜視図、図４は、投光素子を示す斜視図である。
【００１６】
図１から図３に示すように、本実施の形態の投光ユニット１００は、光源２０と、投光素子１０とを有し、複数の投光素子１０を隣接させてマトリックス状に配置している。
【００１７】
光源２０としては、所定の放射特性を有するＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光光源が用いられる。
【００１８】
図１及び図４に示すように、投光素子１０は、光源２０側に配置されるテーパ状導光体３０と、テーパ状導光体３０の出射面側に連続して設けられる投光レンズ４０とを備えている。
【００１９】
テーパ状導光体３０は、光源２０から出射した光が入射する入射面３１と、その内部空間を伝搬した光が出射する出射面３２とを有し、入射面３１よりも出射面３２の面積が大きくなるテーパ形状の中実体である。また、テーパ状導光体３０の光軸と直交する断面形状は四角形状とされる。
【００２０】
テーパ状導光体３０の内部空間に取り込まれた光は、その内部空間で全反射を繰り返しながら導光されて均一な光強度分布の面光源として出射面３２側から出射する。この時に、テーパ状導光体３０の出射面３２から出射する出射光の出射角度は、入射面及び出射面の面積が等しい角柱状の導光体に比べて小さくなり、投光レンズ４０内に効率的に光が取り込まれる。
【００２１】
投光レンズ４０は、テーパ状導光体３０からの出射光が入射するレンズ入射面４１と、被照射面に該テーパ状導光体からの出射光を拡大して照射する所定曲率のレンズ面４２と、レンズ外側面４３とで中実に区画形成されている。投光レンズ４０のレンズ入射面４１とテーパ状導光体３０の出射面３２とは一体的に連設されている。
【００２２】
投光レンズ４０のレンズ外側面４３は、テーパ状導光体３０の出射面３２から所定の出射角度で出射して直接レンズ面４２に到達する光線の光束を遮らないように、その光線の光束よりも外周側に位置し、投光レンズ４０の光軸と直交する断面の形状が正方形状に構成される。また、投光レンズ４０は、そのレンズ入射面４１がテーパ状導光体３０から所定の出射角度で出射する出射光が全て投光レンズ４０内に取り込まれるように、テーパ状導光体３０の出射面３２の面積よりも大きな矩形形状とされると共に、投光レンズ４０の光軸方向の全長Ｌにわたって、該光軸と直交する方向の断面積は、前記テーパ状導光体から出射する光の光束の断面積よりも大きくなるように構成される。
【００２３】
また、投光レンズ４０のレンズ外側面４３には、テーパ状導光体３０の出射面３２から所定の出射角度で出射してレンズ面４２に直接到達する光線の光束を遮らない深さで、任意の形状の肉抜き４４が形成されている。このような肉抜き４４を形成することにより、投光素子１０を光透過性樹脂により射出成型や押し出し成型によって製造した場合に構成部材を薄肉化できるので、成型速度や成型時間など点から優れ、しかもソリ、ヒケ若しくはボイド等の形状のバラつき、又は、複屈折等の光学特性のバラつきなどの問題が発生することなく、所望の光学的品質を確保することができる。
【００２４】
投光レンズ４０のレンズ面４２は、レンズ面４２の焦点位置がテーパ状導光体３０の出射面３２の位置となるように、適宜そのレンズ面の曲面が設定されている。従って、例えば、本実施の形態では、断面形状が四角形状のテーパ状導光体３０から出射する矩形パターンの出射光を、被照射面において所定倍率で同一の矩形パターンに拡大して投光することができる。
【００２５】
図１から図３に示すように、本実施の形態に係る投光ユニット１００は、縦方向及び横方向に複数の投光素子１０を隣接させてマトリックス状に配置している。
【００２６】
投光ユニット１００は、各投光素子１０の光軸とレンズ外側面４３の該光軸に対するなす角度との相対角度関係が、各投光素子１０の隣接するレンズ外側面４３同士を連結することにより、各投光素子１０が被照射面における特定範囲を投光するようにそれぞれ設定される。即ち、投光素子１０の光軸をレンズ外側面４３に対して傾けた構成、又は投光素子１０の光軸に対して、レンズ外側面４３を傾けた構成としてもよい。
【００２７】
本実施の形態に係る投光ユニット１００は、各投光素子１０からの出射光が、被照射面における同一領域を重畳して投光するように、各投光素子１０の光軸とレンズ外側面４３の該光軸に対する傾斜面との相対関係が設定されている。
【００２８】
図５は、縦方向及び横方向で５×５の合計２５個の投光素子を配列した投光ユニットからの出射光の配光特性を、投光ユニットの中心に位置する投光素子の光源の位置より光軸上に１ｍ離れた位置を原点とし、該光軸にお互いに直交するＸＹ平面（被照射面）上での、光の強度に応じた照度分布（グラフ上に示す濃淡）を示す図である。図５に示す通り、本発明の実施の形態にかかる投光ユニットは、それぞれの投光素子から出射する矩形形状の配光特性を有する出射光を被照射面上の同一領域に重畳させて投光することで、被照射面上で十分な照度を確保でき、また、矩形形状に配光特性が制御され、且つ、仮想平面の中心から所望範囲の四隅における照度も十分確保することができる。
【００２９】
また、本発明の別の実施の形態に係る投光ユニット１００としては、複数の投光素子のお互いに隣接するレンズ外側面４３同士が連結されることにより、各投光素子１０からの出射光が、被照射面における異なる領域を隣接して投光するように、各投光素子１０の光軸が設定される。
【００３０】
図６は、中心の投光素子に対して左右に９個の投光素子を一列に合計１９個配列した投光ユニットからの出射光の配光特性を表し、光軸上に中心の投光素子の光源の位置より１ｍ離れた位置を原点とし、該光軸にお互いに直交するＸＹ平面（被照射面）上での、光の強度に応じた照度分布（グラフ上に示す濃淡）を示す図である。図６に示す通り、本発明の別の実施の形態にかかる投光ユニットは、それぞれの投光素子から出射する矩形形状の配光特性を有する出射光を被照射面上の異なる領域に隣接して投光することで、被照射面上で広い領域を投光することができ、また、投光領域が矩形形状となるように配光特性を制御することができる。
【００３１】
本発明の投光ユニットは、ポリカーボネートやポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などの光透過性樹脂を用いて射出成型や押し出し成型によって製造される。
【００３２】
本実施の形態に係る投光ユニット１００は、複数の投光素子１０を個別に成型した後にそれぞれの投光素子１０の隣接するレンズ外側面４３同士を連結させて、一体の投光ユニット１００として製作されるが、この例に限定されることはなく、投光ユニット１００全体を一括して射出成型などにより成型してもよい。
【００３３】
以下、本発明の投光ユニットの変形例について図面を参照して説明する。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明の投光素子の変形例を示す図である。
本発明の変形例に係る投光素子としては、図７（ａ）に示すように、前述した投光素子１０と同様に、投光素子１１は、テーパ状導光体と、テーパ状導光体の出射面側に連続して設けられる投光レンズとを備えている。投光レンズのレンズ外側面は、テーパ状導光体の出射面から所定の出射角度で出射してレンズ面に到達する光線の光束よりも外周側に位置し、且つ投光レンズの光軸と直交する断面の形状が円形状となるように構成される。
【００３４】
更に、本発明の投光ユニットの別の変形例に係る投光素子としては、図７（ｂ）に示すように、投光素子１２は、図７（ａ）に示す投光素子において、テーパ状導光体の出射面から所定の出射角度で出射してレンズ面に直接到達する光線の光束を遮らない深さで、肉抜きを形成したものである。
【００３５】
以上説明した本発明の投光ユニットの変形例に係る投光素子１１又は１２において、投光素子１１又は１２のレンズ外側面に平坦部を設けて、それぞれの投光素子１１又は１２の隣接するレンズ外側面に設けられた平坦部同士を連結させて投光ユニットとすることもできる。
【００３６】
本実施の形態に係る投光素子１０は、テーパ状導光体３０はその光軸と直交する断面形状が四角形状とされるが、この例に限定されることはなく、被照射面において望まれる配光特性に応じて、例えば、その断面形状が三角形状でもよく、丸形状でもよい。
【００３７】
本実施の形態に係る投光素子１０は、投光レンズ４０のレンズ外側面４３は、投光レンズ４０の光軸と直交する断面形状が正方形状とされるが、この例に限定されることはなく、投光ユニットの配置構成に応じて、例えば三角形でもよく、六角形などの多角形でもよい。
【００３８】
本発明にかかる投光ユニットは、テーパ状導光体の出射面及び投光レンズのレンズ面の間の空間が光透過性材料により充填されているので、テーパ状導光体から出射する光の一部がその出射面又は投光レンズ面で反射して光の利用効率が低下することが防止できる。また、複数の投光素子を、それぞれの投光素子の隣接するレンズ外側面に設けられた平坦部同士を連結させることで各投光素子の光軸を高精度に位置決めすることが可能となるので、本発明に係る投光ユニットは、複数の投光素子の被照射面における投光範囲の設定を容易にしつつ、所定の配置に配列することができる。
【００３９】
本発明に係る投光ユニットは、ＬＥＤ光源を用いた車両用灯具に好適である。特に所定の配光パターンを有する複数のＬＥＤ光源を用いた車両用灯具に好適である。
【符号の説明】
【００４０】
１０    投光素子
２０    光源
３０    テーパ状導光体
４０    投光レンズ
４１    レンズ入射面
４２    レンズ面
４３    レンズ外側面
１００  投光ユニット
【図１】
2017022035.tif 000003
【図２】
2017022035.tif 000004
【図３】
2017022035.tif 000005
【図４】
2017022035.tif 000006
【図５】
2017022035.tif 000007
【図６】
2017022035.tif 000008
【図７】
2017022035.tif 000009
【図８】
2017022035.tif 000010