JP6274790B2 - 照明装置及び光学部材 - Google Patents
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Description
図12に示されるように、配光分布aは、正及び負の2つの角度方向にピークを有し、かつ、光軸C0に対して非対称な分布を有している。すなわち、この配光分布において、負の角度方向にピークを有する分布Aと正の角度方向にピークを有する分布Bとは、分布形状が異なっており、特に、ピークが生じる角度の絶対値及びピークの光度のいずれについても異なるものである。
また、本項に記載の照明装置によれば、複数の反射プリズムが延びる方向と直交する面内において光源の光軸に対して非対称な配光分布中の、主となる(光量の多い)分布の光量と、副次的な(光量の小さい)分布の光量とのバランスを、屈折プリズムの作用により容易に調整することが可能となる。
(6)光源から前方に出射された光の配光を制御する光学部材であって、前記光学部材が有する二つの主面のうちの少なくともいずれか一方には、一方向に延びる複数のプリズムが、前記光学部材の基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域に設けられ、前記複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を反射させて前記光学部材から出射させる反射プリズムを有しており、前記光源に対して、前記光源の光軸が前記基準軸を含む仮想平面で分けられる一方の領域側にずれるように配置され、前記基準軸を含む仮想平面の近傍に配置される複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を屈折させて前記光学部材から出射させる屈折プリズムからなり、前記複数のプリズムは、前記光軸を含みかつ前記複数のプリズムが延びる方向と直交する面内における配光分布が、前記光軸の方向を0°として正の出射角を有する側と負の出射角を有する側のいずれか一方にピーク光度を有する比較的光量の多い分布と、他方にピーク光度を有する比較的光量の少ない分布とを含むように構成され、前記基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域のうち前記光源が配置される側に設けられた前記屈折プリズムと前記反射プリズムとの境界は、前記光源の光軸上よりも前記基準軸寄りに位置している、ことを特徴とする光学部材(請求項6)。
(7)光源から出射された光の配光を制御する光学部材であって、前記光学部材が有する二つの主面のうちの少なくともいずれか一方には、一方向に延びる複数のプリズムが、前記光学部材の基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の全領域に設けられ、前記複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を反射させて前記光学部材から出射させる反射プリズムを有しており、前記複数のプリズムが設けられる領域の前記複数のプリズムが延びる一方向に直交する方向の幅は、前記基準軸を含む仮想平面で分けられる一方の領域と他方の領域とで異なることを特徴とする光学部材(請求項7)。
(8)(7項)に記載の光学部材と、該光学部材の前記幅が広い方の領域に配置される光源とを備えた照明装置(請求項8)。
尚、上記の「シート状」という用語は、例えば、類似の用語である「板状」、「フイルム状」と比較した場合、一般的には、板、シート(薄板)、フイルムの順に厚さが薄くなることが示唆されるものであるが、例えば可撓性の有無等の厚さに関連する明確な技術的な意味を持って「板状」、「フイルム状」等の用語と常に使い分けられるものではないため、本発明でも、この「シート状」という用語は、単に2つの主面14a、14bを有する形状を具体的に示すために、「薄板状」を含めて「板状」、「フイルム状」等の用語と適宜置き換え可能な用語として使用されるものである。
すなわち、光学部材14の主面14bには、一方向(図1において、紙面に直交する方向)に延びる複数のプリズム15が、基準軸C1を含む仮想平面(図示は省略する。以下、基準面ともいう)で分けられる両側の領域に設けられている。図1において、この基準面は、基準軸C1を含んで紙面に直交する仮想平面であり、光学部材14の主面14bには、基準面に平行に延びる複数のプリズム15が、各プリズム15が延びる方向と直交する方向に配列されて、図1において基準軸C1の左側の領域と右側の領域に設けられている。
また、上記の説明では、光源12の配置位置は、光源13の配置位置から、基準面に直交する方向に沿ってずらした位置とし、したがって、光源12の光軸C2の縦方向の位置は、基準軸C1(光源13の光軸C2)の縦方向の位置と一致するものとしたが、照明装置10において、光学部材14が、各反射プリズム15が延びる方向に一様な光学的性質を有する場合、光源12が配置される縦方向の位置は、必ずしもこのような位置に限定されるものではなく、照明装置10の構造等に応じて、任意の適切な位置に設定することができる。
尚、以下では、照明装置10の、縦方向(複数の反射プリズム15が延びる方向)に直交する断面を横断面という。また、光源12の光軸C2を含む横断面は、典型的には、基準軸C1を含むものであるが、縦方向に一様な光学的性質を有する典型的な光学部材14において、以下に説明する配光制御は、光源12の光軸C2を含む横断面に、基準軸C1が含まれない場合についても成り立つものであり、その場合には、以下の説明における「基準軸C1」の記載は、「基準軸C1を、光源12の光軸C2を含む横断面に縦方向に投影した軸」と読み替えられる。
すなわち、光軸C2を含む横断面において、基準面で分けられる両側の領域のうちの光源12が配置されない側(図1において、基準軸C1の左側)に配置された反射プリズム15には、図1に二点鎖線矢印R1で示すように、光源12からの出射光は、仮想的に配置された光源13からの出射光と同様に、各反射プリズム15の第1の面15aから各反射プリズム15内に入射し、その少なくとも一部の光が第2の面15bで反射されて、光学部材14の出射面14aから出射される。但し、この出射光は、光源12の配置位置を基準軸C1に対して一方向(図1において、右方向)にずらしたことにより、光軸C2方向に対して、そのずらし方向(図1において、右方向)に傾いて出射される。
尚、第2の面15bから入射した光の一部は、図1に二点鎖線矢印R2で示すように、少なくとも一部が第1の面15aで反射されて光学部材14の出射面14aから出射される結果、光軸C2方向に対して、光源12のずらし方向(図1において、右方向)に傾いて出射される。
以下、光軸C2を含む横断面において、光学部材14の出射面14aからの出射光の出射方向が異なる二方向に別れる場合、出射光の光量が多い側の出射光を主光、少ない側の出射光を副光という。
照明装置10の場合、図1の二点鎖線矢印R1〜R3で模式的に示す光線のように、光学部材14の出射面14aから、光軸C2方向に対して、基準軸C1に対して光軸C2をずらした方向(図1において、右方)に傾いて出射される光が、主光R1〜R3、図1の二点鎖線矢印L1で模式的に示す光線のように、光学部材14の出射面14aから、光軸C2方向に対して、基準軸C1に対して光軸C2をずらした方向とは反対の方向(図1において、左方)に傾いて出射される光が、副光L1である。
解析に用いたモデルでは、光学部材14の屈折率は1.58(成形材料としてポリカーボネートを想定)とし、複数の反射プリズム15の配列方向(図1において、紙面左右方向)の幅は、95mmとした。また、複数の反射プリズム15は、各反射プリズム15の頂角を40°、配列のピッチを50μmとして、各反射プリズム15のプリズム面15a、15bの光学部材の主面(例えば、出射面14a)に対する傾斜角度を調整することによって、焦点距離Fを15mmに設定した。また、光源12の配光分布は、点状光源である発光ダイオード(発光径が20mmのCOB型のLED)を想定してモデル化されており、光軸C2を含む横断面内における、光源12の光軸C2の基準軸C1からのずらしの距離は、15mmとした。
尚、図2に破線で示された配光曲線から、照明光の光軸C2を含む縦断面内における配光分布は、光軸C2に対してほぼ対称であることが分かる。
具体的には、各屈折プリズム22は、光学部材24の主面(例えば、出射面24a)に対して傾斜させて配置される第1の面22aを備えており、複数のプリズム22は、それぞれの第1の面22aから入射する光を屈折させることにより、線状のフレネルレンズ(後方に凸のシリンドリカルレンズに相当)として機能するように構成される。また、各屈折プリズム22は、(図3に示す例では、基準軸C1の両側から第1の面22a同士が直接連結された屈折プリズム22を除いて)、光学部材24の主面に略直交し、隣接する屈折プリズム22の第1の面22aを連結する第2の面22bも備えている。
加えて、照明装置20は、照明装置10と比較して、次のような特有の作用効果を奏する。
解析に用いたモデルの条件は、複数の屈折プリズム22を、基準面の両側の±6mmの範囲に設定したことを除いて、図2に関連して上述した照明装置10に相当するモデルと同様のものである。
さらに、この配光曲線において、主光に相当する配光分布C中のピーク光度に対する副光に相当する配光分布D中のピーク光度の比は、約46%であり、基準面近傍に配置された複数の反射プリズム15に代えて、複数の屈折プリズム22を配置することにより、主光の光量に対する副光の光量の比率が増大することが分かる。
解析に用いたモデルの条件は、複数の反射プリズム15の焦点距離F(80mm)に対して、光源12の発光面12aと光学部材14との距離を15mmに設定したことを除いて、図2に関連して上述した照明装置10に相当するモデルと同様のものである。
以上のように構成された照明装置40では、図5に示す照明装置30と同様の作用効果を奏することに加えて、複数の屈折プリズム22を備えていることに関して、図3に示す照明装置20と同様の作用効果を奏するものである。
解析に用いたモデルの条件は、複数の屈折プリズム15の焦点距離F(80mm)に対して、光源12の発光面12aと光学部材14との距離を15mmに設定したことを除いて、図3に関連して上述した照明装置20に相当するモデルと同様のものである。なお、複数の屈折プリズム22は、その焦点距離を屈折プリズム15の焦点距離Fと必ずしも一致させる必要はなく、本実施形態では、複数の屈折プリズム22の焦点距離を、光源12の発光面12aと光学部材14との距離である15mmに設定している。
図8に実線で示される配光曲線から、照明装置40は、照明装置20に対して、照明装置30が照明装置10に対して備える上述した特徴と同様の特徴を備えることが分かる。
尚、図9には、全ての小領域A1、B、A2、A3に、それぞれ複数のプリズム55、22、56、57が配置されるように図示されているが、照明装置50において、各小領域A1、B、A2、A3には、少なくとも1つのプリズム55、22、56、57が配置されていればよい。
すなわち、図9に示す例では、少なくとも、小領域A1に含まれる複数のプリズム55の焦点距離と、小領域Bに含まれる複数のプリズム22の焦点距離は異なり、かつ、小領域Bに含まれる複数のプリズム22の焦点距離と、小領域A2に含まれる複数のプリズム56の焦点距離とは異なり、かつ、小領域A2に含まれる複数のプリズム56の焦点距離と、小領域A3に含まれる複数のプリズム57の焦点距離とは異なるものである。但し、例えば、小領域A1と小領域A3のように互いに隣接しない小領域A1、A3に含まれる複数のプリズム55、57の焦点距離は、同じであってもよい。
Claims (8)
- 光源と、前記光源から前方に出射された光の配光を制御する光学部材とを備えた照明装置であって、前記光学部材が有する二つの主面のうちの少なくともいずれか一方には、一方向に延びる複数のプリズムが、前記光学部材の基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域に設けられ、前記複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を反射させて前記光学部材から出射させる反射プリズムを有しており、前記光源は、その光軸を前記基準軸に対して前記基準軸を含む仮想平面で分けられる一方の領域側にずらして配置され、
前記基準軸を含む仮想平面の近傍に配置される複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を屈折させて前記光学部材から出射させる屈折プリズムからなり、
前記複数のプリズムは、前記光軸を含みかつ前記複数のプリズムが延びる方向と直交する面内における配光分布が、前記光軸の方向を0°として正の出射角を有する側と負の出射角を有する側のいずれか一方にピーク光度を有する比較的光量の多い分布と、他方にピーク光度を有する比較的光量の少ない分布とを含むように構成され、
前記基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域のうち前記光源が配置される側に設けられた前記屈折プリズムと前記反射プリズムとの境界は、前記光源の光軸上よりも前記基準軸寄りに位置している、ことを特徴とする照明装置。 - 前記光源が、前記複数の反射プリズムの焦点よりも前記光学部材寄りに配置されていることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
- 前記複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面と平行な1以上の仮想平面で複数の小領域に分けられ、前記複数の小領域の各々に配置される1以上のプリズムは、隣接する前記小領域に配置される前記1以上のプリズムの焦点距離が互いに異なるように構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。
- 前記基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域のうち前記光源が配置される側に含まれる複数の前記小領域の各々に配置される1以上の前記反射プリズムは、前記小領域が前記基準軸から離れるほど焦点距離が短くなるように構成されていることを特徴とする請求項3に記載の照明装置。
- 前記複数のプリズムは、前記光学部材の前記光源を向く主面に設けられており、前記反射プリズムの各々は、前記基準軸を向く第1の面と、該第1の面から入射した光の少なくとも一部を、前記光学部材の前記複数のプリズムが設けられていない主面側に反射する第2の面と、を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の照明装置。
- 光源から前方に出射された光の配光を制御する光学部材であって、前記光学部材が有する二つの主面のうちの少なくともいずれか一方には、一方向に延びる複数のプリズムが、前記光学部材の基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域に設けられ、前記複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を反射させて前記光学部材から出射させる反射プリズムを有しており、前記光源に対して、前記光源の光軸が前記基準軸を含む仮想平面で分けられる一方の領域側にずれるように配置され、
前記基準軸を含む仮想平面の近傍に配置される複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を屈折させて前記光学部材から出射させる屈折プリズムからなり、
前記複数のプリズムは、前記光軸を含みかつ前記複数のプリズムが延びる方向と直交する面内における配光分布が、前記光軸の方向を0°として正の出射角を有する側と負の出射角を有する側のいずれか一方にピーク光度を有する比較的光量の多い分布と、他方にピーク光度を有する比較的光量の少ない分布とを含むように構成され、
前記基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域のうち前記光源が配置される側に設けられた前記屈折プリズムと前記反射プリズムとの境界は、前記光源の光軸上よりも前記基準軸寄りに位置している、ことを特徴とする光学部材。 - 光源から出射された光の配光を制御する光学部材であって、前記光学部材が有する二つの主面のうちの少なくともいずれか一方には、一方向に延びる複数のプリズムが、前記光学部材の基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の全領域に設けられ、前記複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を反射させて前記光学部材から出射させる反射プリズムを有しており、前記複数のプリズムが設けられる領域の前記複数のプリズムが延びる一方向に直交する方向の幅は、前記基準軸を含む仮想平面で分けられる一方の領域と他方の領域とで異なることを特徴とする光学部材。
- 請求項7に記載の光学部材と、該光学部材の前記幅が広い方の領域に配置される光源とを備えた照明装置。
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