フライアイレンズ、及びこれを用いた照明装置

【課題】簡単な構成で、歪曲した照射像の形状を補正することのできるフライアイレンズを提供する。
【解決手段】フライアイレンズ２３を構成する各レンズ部２３ｂの出射側に突設するレンズ曲面部２４ｂの形状を四隅を欠いた平面略矩形形状に形成し、レンズ曲面部２４ｂの四隅に当該レンズ曲面部２４ｂと光学的に不連続な平面部２４ｄを連設する。これにより、照射像５１の形状に特に影響を与える部分の光束をカットすることができ、被照射面５０上で結像する照射像５１は、四隅が外方に延びることなく矩形に近い形状となる。その際、平面部２４ｄに出射光を散乱させるための微細な凹凸を施すことにより、照射像５１上で光漏れが発生することを的確に防止することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からそれぞれ入射した光を特定の照射領域で互いに重畳させる複数のレンズ部を備えたフライアイレンズ、及びこれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車載のマップランプ等の照明装置は、特定の照射領域に均一照度の光を照射する必要がある。このような特定の照射領域に対する均一照度の光の照射は、例えば、特許文献１に開示されているように、光源からの光を、複数のレンズ部がマトリクス状に配列されたフライアイレンズに入射させることで実現が可能である。
【特許文献１】２００１−３３７２０４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この種の照明装置では、フライアイレンズを構成する各レンズ部の収差に起因して、特に、照射像の四隅が歪曲して外方に延びる等の現象が発生し、ユーザに違和感を感じさせる場合がある。
【０００４】
これに対処し、フライアイレンズの各レンズ部を歪曲補正を考慮した非球面に加工することも考えられるが、特に、車載のマップランプ等に用いるフライアイレンズは個々のレンズ部が小型なものとなるため、このような小型な各レンズ部に緻密な非球面加工を施すことは困難であり、製造コストの高騰等を招く。
【０００５】
その一方で、歪曲を補正するためのレンズを照明装置の光路上に別途設けることも考えられるが、新たなレンズを追加することは構造の複雑化や照明装置の大型化等を招く。
【０００６】
本発明は、簡単な構成で、歪曲した照射像の形状を補正することのできるフライアイレンズ、及びこれを用いた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】
【０００７】
本発明のフライアイレンズは、少なくとも出射側に、四隅を欠いたレンズ曲面部と、当該レンズ曲面部の四隅にそれぞれ連設し前記レンズ曲面部と光学的に不連続な平面部とを具備した複数のレンズ部をマトリクス状に配列したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡単な構成で、歪曲した照射像の形状を補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図面は本発明の第１の実施形態に係わり、図１は照明装置の要部断面図、図２は照明装置の分解斜視図、図３はフライアイレンズを出射側から見た平面図、図４はフライアイレンズに配列したレンズ部の一部を切り出して示す斜視図、図５はレンズ部が照射する照射像の説明図、図６は平面部の面積を変化させた際の各照射像の説明図、図７はフライアイレンズ成形用金型の半体を示す斜視図、図８は平面部の変形例を示す斜視図である。
【００１０】
図１において、符号１は、例えば車載のマップランプ等に好適な照明装置を示す。この照明装置１は、例えば、表面実装型の発光ダイオード（ＬＥＤ）１２を光源とする光源ユニット１０と、この光源ユニット１０に冠設するレンズ光学系ユニット２０とを有する。
【００１１】
図１，２に示すように、光源ユニット１０は、ＬＥＤ基板１１を有する。ＬＥＤ基板１１は、その中央部に半田付け等によってＬＥＤ１２を保持し、さらに、保持したＬＥＤ１２を図示しない電源と電気的に接続する。ここで、ＬＥＤ１２の発光効率を向上するため、ＬＥＤ基板１１の裏面には、放熱フィン１３が固着している。
【００１２】
また、レンズ光学系ユニット２０は、レンズ筐体２１と、このレンズ筐体２１に収容保持されるコリメーションレンズ２２，及び、フライアイレンズ２３を有する。
【００１３】
図２に示すように、本実施形態において、レンズ筐体２１は、略角筒形状をなし、その光軸方向の一端にＬＥＤ挿入口３０が開口している。また、レンズ筐体２１の光軸方向の他端には、ＬＥＤ挿入口３０に対向する位置に、照明光の出射口３１が開口している。そして、図１に示すように、レンズ筐体２１は、光源ユニット１０に冠設した際に、ＬＥＤ挿入口３０を通じてＬＥＤ１２を内部に露呈させ、ＬＥＤ１２の出射平面１２ａを出射口３１に対向させる。
【００１４】
また、レンズ筐体２１は、一側に開口するレンズ挿入口３３を有し、このレンズ挿入口３３に隣接する各側壁の内面に、ＬＥＤ挿入口３０側から順に、互いに対向するコリメーションレンズ保持溝３５、及び、フライアイレンズ保持溝３６を有する。さらに、コリメーションレンズ保持溝３５よりもＬＥＤ挿入口３０側において、レンズ筐体２１は、内部をＬＥＤ挿入口３０側と出射口３１側とに区画する遮光板３８を有し、この遮光板３８には後述するコリメーションレンズ２２のレンズ部２２ｂに対応する開口部３８ａが開口している。
【００１５】
コリメーションレンズ２２は、例えば、コリメーションレンズ保持溝３５に挿入保持される平面略矩形形状のレンズ基板２２ａの出射側に、レンズ部２２ｂが一体形成されたレンズ部材である。そして、コリメーションレンズ２２は、遮光板３８の開口部３８ａを通じてＬＥＤ１２から入射する光を、レンズ部２２ｂで略平行光に変換して出射する。
【００１６】
フライアイレンズ２３は、フライアイレンズ保持溝３６に挿入支持される平面略矩形形状のレンズ基板２３ａ上に、平面矩形形状をなす複数（例えば、５×５個）のレンズ部２３ｂがマトリクス状に一体形成されたレンズ部材である。そして、フライアイレンズ２３は、コリメーションレンズ２２から各レンズ部２３ｂにそれぞれ入射する光を互いに重畳させることにより、被照射面上の特定の照射領域に均一照度の光を照射する。
【００１７】
図１，４に示すように、本実施形態において、各レンズ部２３ｂは、入射側と出射側にそれぞれレンズ曲面部２４ａ，２４ｂが突設する両突のレンズ部である。各レンズ曲面部２４ａ，２４ｂは、四隅を欠いた平面略矩形形状をなし（図３，４参照）、レンズ曲面部２４ａ側から入射した光をレンズ曲面部２４ｂ上で合焦させる設定となっている（図５参照）。
【００１８】
さらに、レンズ部２３ｂは、入射側及び出射側の四隅でレンズ曲面部２４ａ，２４ｂにそれぞれ連設する平面部２４ｃ，２４ｄを有し、これら平面部２４ｃ，２４ｄは、レンズ曲面部２４ａ，２４ｂとそれぞれ光学的に不連続となっている。
【００１９】
ここで、図４に示すように、少なくとも各平面部２４ｄは、レンズ部２３ｂの光軸に対して垂直に形成することが望ましく、その表面には出射光を散乱させるための微細な凹凸加工（フロスト加工）を施すことが望ましい。また、各平面部２４ｄの面積Ｓはレンズ曲面部２４ｂの曲率や屈折率等の諸元に応じて適宜設定されるものであるが、その平面視形状は、図３に示すように、略直角三角形に形成することが望ましい。
【００２０】
なお、このようなフライアイレンズ２３は、例えば上下一対の成形用金型を用いた射出成型によって成型することが可能である。その際、例えば図７に示すように、金型４５内に凹設した各レンズ曲面部成型部４６の四隅の頂部を切り欠いて平面部成型部４７を一体形成することにより、各レンズ部２３ｂに平面部２４ｃ，２４ｄを形成することが可能となる。さらに、各平面部成型部４７に微細な凹凸を予め形成しておくことにより、フライアイレンズ２３の射出成型と同時に、平面部２４ｄに微細な凹凸加工を施すことが可能となる。
【００２１】
ここで、図２中符号４０は側板であり、この側板４０は、各レンズ２２，２３をレンズ筐体２１内に収容後に、例えば粘着テープ等による貼着によって、レンズ筐体２１のレンズ挿入口３３を閉塞する。
【００２２】
このような照明装置１による照明光の照射時において、フライアイレンズ２３の各レンズ部２３ｂは、図５に示すように、主としてレンズ曲面部２４ｂから出射する光束５１ａによって、被照射面５０上に照射像５１を形成する。この場合、レンズ曲面部２４ｂは、四隅を欠いた略矩形形状であり、照射像５１の形状に特に影響を与える部分の光束がカットされているため、被照射面５０上で結像する照射像５１は、四隅が外方に延びることなく矩形に近い形状となる。
【００２３】
同時に、レンズ部２３ｂの各平面部２４ｄからも光が出射するが、平面部２４ｄはレンズ曲面部２４ｂと光学的に不連続であり、また、平面部２４ｄはレンズ部２３ｂの光軸（レンズ曲面部２４ｂの光軸）に直交しているため、平面部２４ｄから出射した光は、照射像５１上で重畳され、照射像５１の形状に影響を与えることがない。その際、特に、平面部２４ｄの表面に設けた微細な凹凸によって、出射光を散乱させることにより、照射像５１上での光漏れの発生を抑制することが可能となる。ここで、光漏れとは、所望の領域外へ照射される光のことである。
【００２４】
ここで、短辺寸法がＡ、長辺寸法がＢの本実施形態のレンズ部２３ｂにおいて、図６（ａ）は各平面部２４ｄの面積がＳ＝０である場合に得られる照射像５１シミュレーション結果であり、図６（ｂ）は各平面部２４ｄの面積がＳ＝０．００４ＡＢである場合に得られる照射像５１のシミュレーション結果である。また、図６（ｃ）は各平面部２４ｄの面積がＳ＝０．０１ＡＢである場合に得られる照射像５１のシミュレーション結果であり、図６（ｄ）は各平面部２４ｄの面積がＳ＝０．０２ＡＢである場合に得られる照射像５１のシミュレーション結果である。これらの図からも明らかなように、レンズ部２３ｂにおいて、出射側のレンズ曲面部２４ｂの四隅を数％ずつ平面部２４ｄに置換することにより、照射像５１の形状を矩形に近づけることが可能となる。なお、平面部２４ｄの各辺の長さａ，ｂの比は、レンズ部２３ｂの各辺の長さＡ，Ｂの比に応じて適宜設定されるものである。
【００２５】
このような実施形態によれば、フライアイレンズ２３を構成する各レンズ部２３ｂの出射側に突設するレンズ曲面部２４ｂの形状を四隅を欠いた平面略矩形形状に形成し、レンズ曲面部２４ｂの四隅に当該レンズ曲面部２４ｂと光学的に不連続な平面部２４ｄを連設しただけの簡単な構成により、歪曲した照射像５１の形状を補正して矩形に近い形状とすることができる。
【００２６】
その際、平面部２４ｄに出射光を散乱させるための微細な凹凸を施すことにより、照射像５１上で光漏れが発生することを的確に防止することができる。
【００２７】
ここで、本実施形態において、平面部２４ｄの表面には、微細な凹凸に代えて、遮光膜２５を設けることも可能である。このように、平面部２４ｄに遮光膜２５を設けて当該平面部２４ｄからの光の出射を禁止すれば、より的確に、照射像５１上での光漏れの発生を防止することが可能となる。
【００２８】
なお、上述の実施形態では、両突のレンズ部を用いてフライアイレンズを構成し、各レンズ部の入射側及び出射側の四隅に平面部を設けた一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも、レンズ部の出射側の四隅に、レンズ曲面部に連設する平面部を有していればよい。
【００２９】
次に、図９乃至図１１は本発明の第２の実施形態に係わり、図９はフライアイレンズを出射側から見た平面図、図２はレンズ部を出射側から見た平面図、図１１は平面部を変化させた際の各照射像の説明図である。なお、本実施形態では、各レンズ部上に形成するレンズ曲面部と平面部の平面視形状が、上述の第１の実施形態に対し主として異なる。その他、同様の構成については同符号を付して説明を省略する。
【００３０】
図９に示すように、本実施形態において、フライアイレンズ１２３は、レンズ基板１２３ａ上に、平面矩形形状をなす複数（例えば、７×５個）のレンズ部１２３ｂが一体形成されたレンズ部材である。
【００３１】
図９，１０に示すように、本実施形態のレンズ曲面部１２４ｂは、少なくとも出射側において、その平面視形状が、レンズ部１２３ｂに対して四隅を欠いたいわゆる樽形形状となっている。そして、各レンズ部１２３ｂ上において、各レンズ曲面部１２４ｂの四隅には、当該レンズ曲面部１２４ｂとは光学的に不連続な平面部１２４ｄがそれぞれ連設している。
【００３２】
ここで、レンズ曲面部１２４ｂの各辺（すなわち、レンズ曲面部１２４ｂと平面部１２４ｄとの境界）は、レンズ部１２３ｂの各短辺の中点αを通る所定曲率の各円弧と、レンズ部１２３ｂの各長辺の中点γを通る所定曲率の各円弧とに沿って形成されるものである。なお、各円弧の曲率は、レンズ曲面部１２４ｂの曲率や屈折率等の諸元に応じて適宜設定されるものであり、各円弧の交点βは、各円弧の曲率が大きくなる程内側に移動し、曲率が小さくなる程外側に移動する。
【００３３】
このようなフライアイレンズ１２３を用いた照明装置１による照明光の照射時において、フライアイレンズ１２３の各レンズ部１２３ｂは、主としてレンズ曲面部１２４ｂから出射する光束によって、被照射面５０上に照射像５１を形成する。この場合、レンズ曲面部１２４ｂは、四隅を欠いており、しかも、各辺が所定曲率の円弧で規定される樽形形状をなすため、上述の第１の実施形態で得られる照射像に比して、より矩形に近い形状とすることが可能となる。
【００３４】
ここで、図１１は、短辺寸法がＡ＝３．０ｍｍ、長辺寸法がＢ＝４．２ｍｍに設定されたレンズ部１２３ｂにおいて、レンズ部１２３ｂの長辺から各円弧の交点βまでの距離ａと、レンズ部１２３ｂの短辺から各円弧の交点βまでの距離ｂとを各種設定した際のシミュレーション結果である。具体的には、図１１（ａ）はレンズ部１２３ｂ上の各距離をａ＝ｂ＝０．０５ｍｍに設定した場合に得られる照射像５１のシミュレーション結果であり、図１１（ｂ）は各距離をａ＝ｂ＝０．１０ｍｍに設定した場合に得られる照射像５１のシミュレーション結果であり、図１１（ｃ）は各距離をａ＝ｂ＝０．１５ｍｍに設定した場合に得られる照射像５１のシミュレーション結果である。
【００３５】
これらシミュレーション結果からも明らかなように、レンズ部１２３ｂ上の各距離ａ，ｂを増加させるにつれて（すなわち、レンズ曲面部１２４ｂの各辺の曲率を大きく設定するにつれて）、照射像５１の形状は、糸巻き形から矩形に変化し、さらに樽形に変化する。そして、レンズ曲面部１２４ｂの各辺の曲率を適切に設定することにより、照明装置１は、略完全な矩形形状の照射像５１を得ることが可能となる。
【００３６】
なお、上述の各実施形態では、単一のＬＥＤ１２を光源として光源ユニット１０を構成した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数のＬＥＤ１２を光源ユニット１０に配設してもよい。この場合、コリメーションレンズ２２のレンズ基板２２ａ上には、各ＬＥＤ１２に対応して複数のレンズ部２２ｂが形成されることは勿論である。
【００３７】
〔付記〕
〔付記項１〕
少なくとも出射側に、四隅を欠いたレンズ曲面部と、当該レンズ曲面部の四隅にそれぞれ連設し前記レンズ曲面部と光学的に不連続な平面部とを具備した平面矩形形状をなす複数のレンズ部をマトリクス状に配列したことを特徴とするフライアイレンズ。
【００３８】
〔付記項２〕
前記レンズ曲面部と前記平面部との境界を、前記レンズ部の各辺の中点を通る各円弧に沿って形成したことを特徴とする付記項１記載のフライアイレンズ。
【００３９】
〔付記項３〕
前記平面部の表面に、微細な凹凸加工を施したことを特徴とする付記項１または付記項２記載のフライアイレンズ。
【００４０】
〔付記項４〕
前記平面部の表面に、遮光膜を設けたことを特徴とする付記項１または付記項２記載のフライアイレンズ。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わり、照明装置の要部断面図
【図２】同上、照明装置の分解斜視図
【図３】同上、フライアイレンズを出射側から見た平面図
【図４】同上、フライアイレンズに配列したレンズ部の一部を切り出して示す斜視図
【図５】同上、レンズ部が照射する照射像の説明図
【図６】同上、平面部の面積を変化させた際の各照射像の説明図
【図７】同上、フライアイレンズ成形用金型の半体を示す斜視図
【図８】同上、平面部の変形例を示す斜視図
【図９】本発明の第２の実施形態に係わり、フライアイレンズを出射側から見た平面図
【図１０】同上、レンズ部を出射側から見た平面図
【図１１】同上、平面部を変化させた際の各照射像の説明図
【符号の説明】
【００４２】
１…照明装置、１２…発光ダイオード（光源）、２３…フライアイレンズ、２３ｂ…レンズ部、２４ｂ…レンズ曲面部、２４ｄ…平面部、２５…遮光膜、１２３…フライアイレンズ、１２３ｂ…レンズ部、１２４ｂ…レンズ曲面部、１２４ｄ…平面部
代理人弁理士伊藤進

【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも出射側に、四隅を欠いたレンズ曲面部と、当該レンズ曲面部の四隅にそれぞれ連設し前記レンズ曲面部と光学的に不連続な平面部とを具備した平面矩形形状をなす複数のレンズ部をマトリクス状に配列したことを特徴とするフライアイレンズ。
【請求項２】
前記レンズ曲面部と前記平面部との境界を、前記レンズ部の各辺の中点を通る各円弧に沿って形成したことを特徴とする請求項１記載のフライアイレンズ。
【請求項３】
光源と、
請求項１または請求項２に記載のフライアイレンズと、
を具備したことを特徴とする照明装置。

【図１】