照明装置
【課題】照度分布を制御可能なパターン照射光を生成する。
【解決手段】本発明に係る照明装置１０は、光軸を中心として拡がりをもつ光を放出する点光源を具備する。照明装置１０は、さらに光源の出射方向に、出射光軸との交点からの距離に応じて光透過率が異なる第１の光学パターンと、前記照射パターンに対応する形状の透光部を含む第２の光学パターンと、を具備する光学要素とを具備する。照明装置１０によれば、所望のパターン照射を比較的簡易な手法で生成することができる。
【解決手段】本発明に係る照明装置１０は、光軸を中心として拡がりをもつ光を放出する点光源を具備する。照明装置１０は、さらに光源の出射方向に、出射光軸との交点からの距離に応じて光透過率が異なる第１の光学パターンと、前記照射パターンに対応する形状の透光部を含む第２の光学パターンと、を具備する光学要素とを具備する。照明装置１０によれば、所望のパターン照射を比較的簡易な手法で生成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用照明装置に関し、より具体的には車両用のルームランプ、マップランプまたはステップランプ等に用いられるパターン照射用照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の距離だけ離れた特定の領域に対して光を照射するように設計された照明装置は、例えば自動車用のルームランプやマップランプとして用いられている。さらに、照射光を部分的に遮って特定の文字情報を表示する、または画像を模したマーク等を投影して使用者の嗜好に合ったパターンの光を照射する製品が知られている。
【０００３】
とくに車両用照明としてこれらの照明装置を用いる場合、車種によって取付位置の変更を余儀なくされ、それに伴って照射距離や範囲が変わってしまうことがある。そのため、このような照明装置の設計は、搭載車種の変更およびモデルチェンジの毎に光学設計の調整が必要となり、コスト増につながる問題があった。
【０００４】
特許文献１は、光源（ＬＥＤ）と集光レンズの間隔を調整することによって、搭載する車種毎に配光特性を変更可能とした発明を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４７３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、同文献に記載の発明は、ＬＥＤの実装基板と、ＬＥＤの出射光を集光する集光レンズとの間に、厚さの異なるスペーサを交換可能に組み付けることで配光特性を調整するというものである。かかる手法では、光の拡がりを制御することはできるが、被照射面における光の照度分布を調整することはできなかった。つまり、とくに配光角が比較的大きい場合には、被照射面の中央部と両端部における照度の差が顕著となり、例えば地図等をみるために使用するとき、照射位置がわずかにずれただけで判読が困難となったり、照射面上に出現する明るさのムラのせいで出射光を使って投影する文字や模様等がきれいに表示されないなどの問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたもので、次の特徴を有する照明装置を提供する。すなわち、本発明の照明装置は、所望の照射パターンを被照射面に結像する照明装置であって、光軸を中心として拡がりをもつ光を放出する点光源と、前記点光源の光軸に略直交して延在する平面を有する光学要素であって、前記平面上において、前記光軸との交点からの距離に応じて光透過率が異なる第１の光学パターンと、前記照射パターンに対応する形状の透光部を含む第２の光学パターンと、を具備する光学要素と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１および第２の光学パターンを具備する光学要素を設けたことにより、被照射面上に均一な明るさの光を照射することができるとともに、文字や模様等の所望のパターン照射光を生成することができる。また、照射パターンの変更が必要な場合においても、この光学部材を取り換えることで対応することができるので、多様なパターン照射光を容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る照明装置の分解斜視図である。
【図２】図１の照明装置の使用状態の例を説明する概念図である。
【図３】（ａ）は本発明に係る光学部材の一形態を示す図であり、（ｂ）は光学部材の透光部を拡大視した図である。
【図４】（ａ）は本発明に係る照明装置を用いた場合の被照射面における照度分布を示す図であり、（ｂ）は比較例における照度分布を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明に係る光学部材の変形例を示す図であり、（ｂ）は破線で囲まれた部位Ｐを拡大視した図である。
【図６】図５の光学部材を用いた場合の被照射面における照度分布を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る照明装置の分解斜視図である。
【図８】図７に示した照明装置の使用状態の例を説明する概念図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る照明装置の変形例を示す図である。
【図１０】図９に示した照明装置の使用状態の一例を説明する概念図である。
【図１１】図１０の一部を拡大視した拡大図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る照明装置の別の変形例を示す図である。
【図１３】第１の光学部材の種々の構成例を示す図である。
【図１４】第２の光学部材の種々の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
図１〜図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係る照明装置１０を説明する。図１は、照明装置１０を構成する各部品を個別に視認可能に示した分解斜視図である。図２は、照明装置１０を使用して被照射面Ｘに光を照射する様態を示した図である。図３は、光学部材７の構成を説明するための正面図および部分拡大図である。
【００１１】
照明装置１０は、筒状の本体部とフランジ部とからなるハウジング１ａに対して、各部品を順次挿入し、最後にＬＥＤ５の実装基板を含む基板部材１ｂをハウジング１ａのフランジ部にネジ止めして組み立てられる。ＬＥＤ５の出射光を光学的に調整するための光学要素として、コリメータ６、透光性と遮光性を兼ね備えた光学要素７（以下、「透光／遮光部材」という。）および集光レンズ１１がハウジング１ａ内に固定される。
【００１２】
ＬＥＤ５とコリメータ６との間には、光学設計により求められる所定の距離を維持するために、中央が大きく開口した筒状の第１のスペーサ部材２が配置される。この距離（すなわち第１のスペーサ部材２の高さ方向の寸法）は、ＬＥＤ５の出射光が光軸を中心に所定の拡がりをもった配光であるため、光の利用効率を考慮すると大きい方が望ましい一方、照射光の明るさのムラを考慮すると小さい方が望ましいので、仕様に合わせて適当に変更することができる。また、砲弾型ＬＥＤや表面実装型ＬＥＤなど光源の種類によってこの距離を変えてもよい。
【００１３】
同様に、コリメータ６と透光／遮光部材７との間、および透光／遮光部材７と集光レンズ１１との間に、それぞれ第２のスペーサ部材３、第３のスペーサ部材４が設けられる。第２および第３のスペーサ部材３，４の寸法、すなわち各光学要素間の距離は、上述した第１のスペーサ部材の場合と同様に種々の条件に合わせて適当に調節することができる。
【００１４】
例えば第２のスペーサ部材３は、コリメータ６の頂部と透光／遮光部材７との接触を防ぐため、コリメータ６の光取出し側の凸部よりも大きい寸法である必要があるが、本質的にはコリメータ６からの出射光が平行光を構成するために必要最小限な距離を確保できる大きさであればよい。また、第３のスペーサ部材４は、後述するように集光レンズ１１の光源（ＬＥＤ５）側の焦点近傍に透光／遮光部材７が位置決めされるような大きさに設定することができる。
【００１５】
図２に示すように、照明装置１０は、所定の距離だけ離れた被照射領域Ｘに光を照射する目的で使用することができる。車載用照明として照明装置１０を用いたときに、例えば地図等を参照する必要がある場合、被照射領域Ｘ上で観察される照度は、面全体にわたって均等であるのが好ましい。本発明の照明装置１０においては、光源としてＬＥＤ５のように指向性のある点光源を用いた場合であっても、光軸Ｏ近傍およびその周囲において、略均等に分布した照度のスポット光照射が可能となる。
【００１６】
図３を参照してより本発明の照明装置１０をより詳細に説明する。図３（ａ）は、照明装置１０の構成要素である透光／遮光部材７を拡大した図である。透光／遮光部材７は、少なくとも部分的に光を透過する性質をもつ矩形の透光部９と、透光部９の周囲に形成された、実質的に光を透過しない遮光部８から構成される。
【００１７】
図３（ｂ）は、透光部９を拡大視した図である。透光部９は、さらに光透過率がそれぞれ異なる３つの領域９ａ，９ｂ，９ｃから構成される。より具体的には、光源の光軸Ｏが通過する第１の領域９ａから周囲方向に向かって光透過率が段階的に増大するように、第２の領域９ｂ、第３の領域９ｃが配置される。例えば、第１の領域９ａの透過率ｔａを３０〜６０％、第２の領域９ｂの透過率ｔｂを５０〜８０％、第３の領域９ｃの透過率ｔｃを８０〜１００％にそれぞれ設定することができる（ただし、ｔａ＜ｔｂ＜ｔｃ）。
【００１８】
図４は、所定の間隔をおいて定められた照射位置（例えば図２の被照射領域Ｘ）における照度分布をグラフとして表したものである。横軸は、被照射面上の変位を意味し、縦軸は照度の大きさを意味する。図４（ａ）は、透光／遮光部材７を備えた本発明の照明装置１０を用いたときの結果であり、図４（ｂ）は、比較例として従来の照明装置の場合の結果を示す。比較例の照明装置では、ＬＥＤ自体の指向性および凸レンズ等の集光性が直接的に照度分布を支配するため、光軸を中心とした被照射面の中央で照度が大きく、周囲方向に向かって照度が低下するという山形の分布を示す。
【００１９】
これに対し、本発明の照明装置１０の場合、上述したように中央部で透過率が低く、周囲に向かって透過率が増大する透光／遮光部材７を採用しているため、光軸Ｏの延長線上の近傍を通過する光の量と、その周囲を通過する光の量が略平滑化される。
【００２０】
さらにＬＥＤ５から放射状に出た光は、コリメータ６を介して光軸Ｏについて一旦平行光となっているので、透光／遮光部材７の透光部９の形状に対応したパターンの照射光を生成することができる。図３に示した例では、透光部９は横長の長方形となっているため、透光／遮光部材７を通過した光は、この透光部９と同一または相似の形状、つまり長方形のパターン光を照射する。
【００２１】
この照射光パターンの輪郭をより精緻に再現するためには、集光レンズ１１の焦点の位置に透光／遮光部材７を配置すればよい。ただし、ドットパターンやストライプパターンなどを利用して透光部９の透過率を異ならしめた場合には、この焦点に正確に位置決めをすると、ドットやストライプの影が照射面上に出現する虞があるため、このような場合には、焦点位置から透光／遮光部材７の取付位置を僅かにずらすようにするとよい。
【００２２】
このように、本発明に係る透光／遮光部材７は、ＬＥＤ５から放射状に発せられた光を窓状の透光部９から所定の形状の照射光に変換するのみならず、被照射面上の照度分布を均一にする作用をもつ。
【００２３】
（第１の実施形態の変形例）
次に、図５を参照して、変形例に係る透光／遮光部材１４を説明する。基本構成は図３で示した透光／遮光部材７と同様である。つまり、透光／遮光部材１４は、窓状の透光部１６と遮光部１５とで構成され、透光部１６は、所定のパターンにしたがって透過率を変化させた形態を採用している。図５（ｂ）は、図５（ａ）において破線で示した領域Ｐを拡大視した図である。同図に示したように、透光部１６は、第３の領域（本変形例においては図示省略。図３（ｂ）の第３の領域９ｃを参照。）より透過率が劣る第４の領域１６ｄをさらに含む。
【００２４】
この変形例に係る透光／遮光部材１４を採用した場合の照度分布を図６に示す。このように、第４の領域１６ｄを備えたことにより、照射領域の端部において、滑らかな照度の低下がみられるようになり、より自然な光の減衰を演出することが可能となる。ここで重要なのは、照射領域の中央部分においては略平坦な照度分布となり、大きな傾斜をもつ山形とはならない点である。中央部のピーク位置のみ極端に光量が多い場合、少しでも角度がずれたり、被照射物の位置が変わることによって視認性が顕著に変化してしまう問題があるためである。また、乗降者の足元等所定の位置に模様や文字を投影するような使用態様においては、照射光の明るさにムラがあることによって美観性に大きな影響を与えるためこれを制御可能であることは非常に有用である。
【００２５】
（第２の実施形態）
図７を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。本形態の照明装置２０は、それぞれ断面コの字状のケーシング部材２１ａ，２１ｂを組み立てて形成される箱型のケーシング内に各光学要素を収納して構成される。ケーシング部材２１ａは、その両側面に開口部を有してなる被係止部２２ａを備えている。ケーシング部材２１ｂは、被係止部２２ａに対応する位置に凸状の係止部２２ｂを備えている。これらを組み立てる際には、ケーシング部材２１ａの被係止部２２ａをケーシング部材２１ｂの係止部２２ｂに当接させた状態でスライドさせ、被係止部２２ａの開口部に凸状の係止部２２ｂが嵌まり込むようにして部材間を固定する。
【００２６】
ケーシング部材２１ａ，２１ｂからなるケーシングには、ＬＥＤ２９を実装した基板２４、コリメータレンズ２５、第１の光学要素２６、第２の光学要素２７、アウターカバー２８が収納される。これらの各部材は、ケーシング部材２１ａ，２１ｂの内側面に形成された溝部に挿入される形態でそれぞれ固定される。
【００２７】
図８は、照明装置２０において、光源から発せられた光の経路を表す概念図であり、光線ＬＢの経路を概念的に図中に破線で示している。ＬＥＤ２９からの出射光は、光軸Ｏを中心として放射状に拡がりをもった光となる。光の強度は、光軸Ｏを中心として周囲に向かうにしたがって弱くなることは前述したとおりである。出射光はまずコリメータレンズ２５を介して光軸Ｏに略平行な平行光へと変換される。コリメータレンズ２５は、平板部２５ａと凸状レンズ部２５ｂとから構成され、各方位から入射した光は、凸状レンズ部２５ｂを通過してそれぞれ光軸Ｏに平行な方向に屈折されて出射される。
【００２８】
第１の光学部材２６は、被照射面Ｙにおける照度分布を制御するために、光軸Ｏからの距離に応じて透過率を異ならしめた光学的パターンをもつように構成される。コリメータレンズ２５および第１の光学部材２６の作用によって、照度分布が略均等な光を被照射面Ｙ上に照射することができる。
【００２９】
第２の光学部材２７は、所望の照射像に対応した形状、つまり同一または相似形状の透光部と、透光部を通る光以外の光を遮る遮光部とから構成される。透光部の形状は、本実施形態では具体的に図示しないが、多角形、円形、星形その他種々の幾何学形状および文字ならびにこれらの組合せ等から任意に選択することができる。
【００３０】
第２の光学部材２７の前方には、さらにアウターカバー２８が設けられ、各部材を保護する。アウターカバー２８は、例えばポリカーボネート等で作製された透明な部材である。単なる保護の機能だけでなく、凸状に形成して集光レンズの役割を兼用させることもできる。
【００３１】
第２の実施形態に係る照明装置２０では、第１の実施形態において透光／遮光部材７として一体的に構成されていた部材の機能が、第１の光学部材２６および第２の光学部材２７という別体の２つの部材によって担保されている。照射光のパターン（形状、模様等）を変換する機能と、被照射面上の照度を調整する機能とを分けることによって、より細かな調整が可能になるという利点がある。
【００３２】
（第２の実施形態の変形例）
次に、図９〜図１１を参照して、本実施形態の変形例を説明する。
照明装置４０は、円柱状の外観を有するが、その作用としては図７で示した照明装置２０と同様である。照明装置４０は、半円筒状の上部部品４１ａと下部部品４２ａを組み立てることによって筒状のハウジングを構成する。上部部品４１ａと下部部品４２ａには、それぞれフランジ部４１ｂ，４２ｂが形成され、これらを接合した形態で組み立てられる。ＬＥＤ４７の実装基板を兼ねる底面部４４には、突起４６が設けられており、フランジ部４１ｂに凹部（図示せず）に突起４６を嵌め入れることで位置決めおよび固定を容易にしている。
【００３３】
ＬＥＤ４７の出射光側には、それぞれ所定の間隔をおいて、順にコリメータレンズ５０、第１のフィルタ５２、第２のフィルタ５４、アウターレンズ５６が設けられる。各部材の間隔は、設計仕様に基づいてシミュレーションや実験を通して最適化される。この所定の間隔は、図示したように上部部品４１ａおよび下部部品４２ａにあらかじめ環状の溝を形成しておき、各部材を差し込むことにより維持してもよいし、例えば円筒状のスペーサ部材を照明装置４０内に取り付けてもよい。
【００３４】
図１０においてより明確に示すように、第２の部材５４は、アウターレンズ５６の光源側の焦点ｆが存する位置に固定される。このように、アウターレンズ５６と第２の部材５４の位置合せを行うことによって、所望のパターンに対応して透光部および遮光部が形成された第２の部材５４を通して出射された光は、図１０の光線ＬＢで示したように、所定の倍数に拡大された状態でその所定のパターンを被照射面Ｚ上に結像することができる。
【００３５】
図１１は、光の経路を説明するために照明装置４０の断面図を拡大した図である。図示したように、ＬＥＤ４７から放射状に発せられた一次光の一部は、コリメータレンズ５０に導入されることなく上部部品４１ａまたは下部部品４２ａの内壁面等に当たっている。光の利用効率を上げるためには、例えばコリメータレンズ５０をＬＥＤ４７に近接して配置したり、上部部品４１ａおよび下部部品４２ａの内壁面を反射面にしたりすることが考えられる。あるいは、コリメータレンズをＬＥＤ４７を覆うような形態とし、その側面で光を全反射し、中央部（光軸方向およびその近傍）で屈折させるような全反射と屈折の両方の作用をもつコリメータレンズを採用することができる。
【００３６】
図１２を参照して、本実施形態の別の変形例に係る照明装置６０を説明する。図９〜１１を参照して説明した照明装置４０との違いは、コリメータレンズ５０の代わりにリフレクタ６２を設けた点にある。すなわち、光が出射する方向に拡開したカップ状のリフレクタ６２によって光の利用効率を高めることができる。
【００３７】
図１３を参照して、光透過率を位置によって異ならしめた光学パターン（例えば透光／遮光部材７，１４、第１の光学部材２６、第１のフィルタ５２等。図１３の各態様において同じ。）形態の具体例をいくつか説明する。図１３（ａ）は、多数のストライプを縦方向に所定間隔で並置したパターン７１で、周囲方向から中央部分に向かってストライプの間隔が狭まるように形成されている。
図１３（ｂ）は、さらに横方向にも同様のストライプを形成したパターン７２である。
【００３８】
これらのパターン７１，７２は、それぞれ中央部分の透過率が低く、周囲方向に向かって透過率が増大するように、密から疎にストライプが形成されている。これらの例では、ストライプ１本当たりの幅を同じとしたが、ストライプの幅を場所に応じて変化させて同様の効果をもたせてもよい。
【００３９】
図１３（ｃ）のパターン７３および同（ｄ）のパターン７４は、多数の点状からなるドットパターンにより透過率を変化させた例である。ここでも同様にドットの大きさを同一にしてもよいし、場所によって大きさを変えてもよい。
【００４０】
図１３のストライプやドットパターンは、印刷および蒸着その他の公知の方法を利用して形成することができる。
【００４１】
図１４（ａ）のパターン８１および同（ｂ）のパターン８２は、所望の照射パターンに対応した形状の透光部８５，８６を有する光学部材の例である。このように、図形、文字、模様またはそれらの組合せを任意に選択することができる。
【００４２】
（その他の変形例）
以上の説明では簡単のために本発明を実施するいくつかの形態のみを紹介したが、これらの実施形態はいずれも本発明を理解するために例示にすぎず、これらに更なる変更、改変を加えた種々の形態も本発明の実施品に含まれるというべきである。
【００４３】
例えば説明した実施形態では、光源の光軸が照明装置の長手方向に略平行であるように設定しているが、異なる配光をもつ光源、または傾斜した光軸をもつ光源に対しても本発明を適用することができる。つまり、位置によって異なる光透過率を光源の配光分布に応じて調整することでいかなる配光特性をもつ光源に対しても本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ 照明装置
６ コリメータ
７ 透光／遮光部材
１１ 集光レンズ
２，３，４ スペーサ部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用照明装置に関し、より具体的には車両用のルームランプ、マップランプまたはステップランプ等に用いられるパターン照射用照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の距離だけ離れた特定の領域に対して光を照射するように設計された照明装置は、例えば自動車用のルームランプやマップランプとして用いられている。さらに、照射光を部分的に遮って特定の文字情報を表示する、または画像を模したマーク等を投影して使用者の嗜好に合ったパターンの光を照射する製品が知られている。
【０００３】
とくに車両用照明としてこれらの照明装置を用いる場合、車種によって取付位置の変更を余儀なくされ、それに伴って照射距離や範囲が変わってしまうことがある。そのため、このような照明装置の設計は、搭載車種の変更およびモデルチェンジの毎に光学設計の調整が必要となり、コスト増につながる問題があった。
【０００４】
特許文献１は、光源（ＬＥＤ）と集光レンズの間隔を調整することによって、搭載する車種毎に配光特性を変更可能とした発明を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４７３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、同文献に記載の発明は、ＬＥＤの実装基板と、ＬＥＤの出射光を集光する集光レンズとの間に、厚さの異なるスペーサを交換可能に組み付けることで配光特性を調整するというものである。かかる手法では、光の拡がりを制御することはできるが、被照射面における光の照度分布を調整することはできなかった。つまり、とくに配光角が比較的大きい場合には、被照射面の中央部と両端部における照度の差が顕著となり、例えば地図等をみるために使用するとき、照射位置がわずかにずれただけで判読が困難となったり、照射面上に出現する明るさのムラのせいで出射光を使って投影する文字や模様等がきれいに表示されないなどの問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたもので、次の特徴を有する照明装置を提供する。すなわち、本発明の照明装置は、所望の照射パターンを被照射面に結像する照明装置であって、光軸を中心として拡がりをもつ光を放出する点光源と、前記点光源の光軸に略直交して延在する平面を有する光学要素であって、前記平面上において、前記光軸との交点からの距離に応じて光透過率が異なる第１の光学パターンと、前記照射パターンに対応する形状の透光部を含む第２の光学パターンと、を具備する光学要素と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１および第２の光学パターンを具備する光学要素を設けたことにより、被照射面上に均一な明るさの光を照射することができるとともに、文字や模様等の所望のパターン照射光を生成することができる。また、照射パターンの変更が必要な場合においても、この光学部材を取り換えることで対応することができるので、多様なパターン照射光を容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る照明装置の分解斜視図である。
【図２】図１の照明装置の使用状態の例を説明する概念図である。
【図３】（ａ）は本発明に係る光学部材の一形態を示す図であり、（ｂ）は光学部材の透光部を拡大視した図である。
【図４】（ａ）は本発明に係る照明装置を用いた場合の被照射面における照度分布を示す図であり、（ｂ）は比較例における照度分布を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明に係る光学部材の変形例を示す図であり、（ｂ）は破線で囲まれた部位Ｐを拡大視した図である。
【図６】図５の光学部材を用いた場合の被照射面における照度分布を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る照明装置の分解斜視図である。
【図８】図７に示した照明装置の使用状態の例を説明する概念図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る照明装置の変形例を示す図である。
【図１０】図９に示した照明装置の使用状態の一例を説明する概念図である。
【図１１】図１０の一部を拡大視した拡大図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る照明装置の別の変形例を示す図である。
【図１３】第１の光学部材の種々の構成例を示す図である。
【図１４】第２の光学部材の種々の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
図１〜図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係る照明装置１０を説明する。図１は、照明装置１０を構成する各部品を個別に視認可能に示した分解斜視図である。図２は、照明装置１０を使用して被照射面Ｘに光を照射する様態を示した図である。図３は、光学部材７の構成を説明するための正面図および部分拡大図である。
【００１１】
照明装置１０は、筒状の本体部とフランジ部とからなるハウジング１ａに対して、各部品を順次挿入し、最後にＬＥＤ５の実装基板を含む基板部材１ｂをハウジング１ａのフランジ部にネジ止めして組み立てられる。ＬＥＤ５の出射光を光学的に調整するための光学要素として、コリメータ６、透光性と遮光性を兼ね備えた光学要素７（以下、「透光／遮光部材」という。）および集光レンズ１１がハウジング１ａ内に固定される。
【００１２】
ＬＥＤ５とコリメータ６との間には、光学設計により求められる所定の距離を維持するために、中央が大きく開口した筒状の第１のスペーサ部材２が配置される。この距離（すなわち第１のスペーサ部材２の高さ方向の寸法）は、ＬＥＤ５の出射光が光軸を中心に所定の拡がりをもった配光であるため、光の利用効率を考慮すると大きい方が望ましい一方、照射光の明るさのムラを考慮すると小さい方が望ましいので、仕様に合わせて適当に変更することができる。また、砲弾型ＬＥＤや表面実装型ＬＥＤなど光源の種類によってこの距離を変えてもよい。
【００１３】
同様に、コリメータ６と透光／遮光部材７との間、および透光／遮光部材７と集光レンズ１１との間に、それぞれ第２のスペーサ部材３、第３のスペーサ部材４が設けられる。第２および第３のスペーサ部材３，４の寸法、すなわち各光学要素間の距離は、上述した第１のスペーサ部材の場合と同様に種々の条件に合わせて適当に調節することができる。
【００１４】
例えば第２のスペーサ部材３は、コリメータ６の頂部と透光／遮光部材７との接触を防ぐため、コリメータ６の光取出し側の凸部よりも大きい寸法である必要があるが、本質的にはコリメータ６からの出射光が平行光を構成するために必要最小限な距離を確保できる大きさであればよい。また、第３のスペーサ部材４は、後述するように集光レンズ１１の光源（ＬＥＤ５）側の焦点近傍に透光／遮光部材７が位置決めされるような大きさに設定することができる。
【００１５】
図２に示すように、照明装置１０は、所定の距離だけ離れた被照射領域Ｘに光を照射する目的で使用することができる。車載用照明として照明装置１０を用いたときに、例えば地図等を参照する必要がある場合、被照射領域Ｘ上で観察される照度は、面全体にわたって均等であるのが好ましい。本発明の照明装置１０においては、光源としてＬＥＤ５のように指向性のある点光源を用いた場合であっても、光軸Ｏ近傍およびその周囲において、略均等に分布した照度のスポット光照射が可能となる。
【００１６】
図３を参照してより本発明の照明装置１０をより詳細に説明する。図３（ａ）は、照明装置１０の構成要素である透光／遮光部材７を拡大した図である。透光／遮光部材７は、少なくとも部分的に光を透過する性質をもつ矩形の透光部９と、透光部９の周囲に形成された、実質的に光を透過しない遮光部８から構成される。
【００１７】
図３（ｂ）は、透光部９を拡大視した図である。透光部９は、さらに光透過率がそれぞれ異なる３つの領域９ａ，９ｂ，９ｃから構成される。より具体的には、光源の光軸Ｏが通過する第１の領域９ａから周囲方向に向かって光透過率が段階的に増大するように、第２の領域９ｂ、第３の領域９ｃが配置される。例えば、第１の領域９ａの透過率ｔａを３０〜６０％、第２の領域９ｂの透過率ｔｂを５０〜８０％、第３の領域９ｃの透過率ｔｃを８０〜１００％にそれぞれ設定することができる（ただし、ｔａ＜ｔｂ＜ｔｃ）。
【００１８】
図４は、所定の間隔をおいて定められた照射位置（例えば図２の被照射領域Ｘ）における照度分布をグラフとして表したものである。横軸は、被照射面上の変位を意味し、縦軸は照度の大きさを意味する。図４（ａ）は、透光／遮光部材７を備えた本発明の照明装置１０を用いたときの結果であり、図４（ｂ）は、比較例として従来の照明装置の場合の結果を示す。比較例の照明装置では、ＬＥＤ自体の指向性および凸レンズ等の集光性が直接的に照度分布を支配するため、光軸を中心とした被照射面の中央で照度が大きく、周囲方向に向かって照度が低下するという山形の分布を示す。
【００１９】
これに対し、本発明の照明装置１０の場合、上述したように中央部で透過率が低く、周囲に向かって透過率が増大する透光／遮光部材７を採用しているため、光軸Ｏの延長線上の近傍を通過する光の量と、その周囲を通過する光の量が略平滑化される。
【００２０】
さらにＬＥＤ５から放射状に出た光は、コリメータ６を介して光軸Ｏについて一旦平行光となっているので、透光／遮光部材７の透光部９の形状に対応したパターンの照射光を生成することができる。図３に示した例では、透光部９は横長の長方形となっているため、透光／遮光部材７を通過した光は、この透光部９と同一または相似の形状、つまり長方形のパターン光を照射する。
【００２１】
この照射光パターンの輪郭をより精緻に再現するためには、集光レンズ１１の焦点の位置に透光／遮光部材７を配置すればよい。ただし、ドットパターンやストライプパターンなどを利用して透光部９の透過率を異ならしめた場合には、この焦点に正確に位置決めをすると、ドットやストライプの影が照射面上に出現する虞があるため、このような場合には、焦点位置から透光／遮光部材７の取付位置を僅かにずらすようにするとよい。
【００２２】
このように、本発明に係る透光／遮光部材７は、ＬＥＤ５から放射状に発せられた光を窓状の透光部９から所定の形状の照射光に変換するのみならず、被照射面上の照度分布を均一にする作用をもつ。
【００２３】
（第１の実施形態の変形例）
次に、図５を参照して、変形例に係る透光／遮光部材１４を説明する。基本構成は図３で示した透光／遮光部材７と同様である。つまり、透光／遮光部材１４は、窓状の透光部１６と遮光部１５とで構成され、透光部１６は、所定のパターンにしたがって透過率を変化させた形態を採用している。図５（ｂ）は、図５（ａ）において破線で示した領域Ｐを拡大視した図である。同図に示したように、透光部１６は、第３の領域（本変形例においては図示省略。図３（ｂ）の第３の領域９ｃを参照。）より透過率が劣る第４の領域１６ｄをさらに含む。
【００２４】
この変形例に係る透光／遮光部材１４を採用した場合の照度分布を図６に示す。このように、第４の領域１６ｄを備えたことにより、照射領域の端部において、滑らかな照度の低下がみられるようになり、より自然な光の減衰を演出することが可能となる。ここで重要なのは、照射領域の中央部分においては略平坦な照度分布となり、大きな傾斜をもつ山形とはならない点である。中央部のピーク位置のみ極端に光量が多い場合、少しでも角度がずれたり、被照射物の位置が変わることによって視認性が顕著に変化してしまう問題があるためである。また、乗降者の足元等所定の位置に模様や文字を投影するような使用態様においては、照射光の明るさにムラがあることによって美観性に大きな影響を与えるためこれを制御可能であることは非常に有用である。
【００２５】
（第２の実施形態）
図７を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。本形態の照明装置２０は、それぞれ断面コの字状のケーシング部材２１ａ，２１ｂを組み立てて形成される箱型のケーシング内に各光学要素を収納して構成される。ケーシング部材２１ａは、その両側面に開口部を有してなる被係止部２２ａを備えている。ケーシング部材２１ｂは、被係止部２２ａに対応する位置に凸状の係止部２２ｂを備えている。これらを組み立てる際には、ケーシング部材２１ａの被係止部２２ａをケーシング部材２１ｂの係止部２２ｂに当接させた状態でスライドさせ、被係止部２２ａの開口部に凸状の係止部２２ｂが嵌まり込むようにして部材間を固定する。
【００２６】
ケーシング部材２１ａ，２１ｂからなるケーシングには、ＬＥＤ２９を実装した基板２４、コリメータレンズ２５、第１の光学要素２６、第２の光学要素２７、アウターカバー２８が収納される。これらの各部材は、ケーシング部材２１ａ，２１ｂの内側面に形成された溝部に挿入される形態でそれぞれ固定される。
【００２７】
図８は、照明装置２０において、光源から発せられた光の経路を表す概念図であり、光線ＬＢの経路を概念的に図中に破線で示している。ＬＥＤ２９からの出射光は、光軸Ｏを中心として放射状に拡がりをもった光となる。光の強度は、光軸Ｏを中心として周囲に向かうにしたがって弱くなることは前述したとおりである。出射光はまずコリメータレンズ２５を介して光軸Ｏに略平行な平行光へと変換される。コリメータレンズ２５は、平板部２５ａと凸状レンズ部２５ｂとから構成され、各方位から入射した光は、凸状レンズ部２５ｂを通過してそれぞれ光軸Ｏに平行な方向に屈折されて出射される。
【００２８】
第１の光学部材２６は、被照射面Ｙにおける照度分布を制御するために、光軸Ｏからの距離に応じて透過率を異ならしめた光学的パターンをもつように構成される。コリメータレンズ２５および第１の光学部材２６の作用によって、照度分布が略均等な光を被照射面Ｙ上に照射することができる。
【００２９】
第２の光学部材２７は、所望の照射像に対応した形状、つまり同一または相似形状の透光部と、透光部を通る光以外の光を遮る遮光部とから構成される。透光部の形状は、本実施形態では具体的に図示しないが、多角形、円形、星形その他種々の幾何学形状および文字ならびにこれらの組合せ等から任意に選択することができる。
【００３０】
第２の光学部材２７の前方には、さらにアウターカバー２８が設けられ、各部材を保護する。アウターカバー２８は、例えばポリカーボネート等で作製された透明な部材である。単なる保護の機能だけでなく、凸状に形成して集光レンズの役割を兼用させることもできる。
【００３１】
第２の実施形態に係る照明装置２０では、第１の実施形態において透光／遮光部材７として一体的に構成されていた部材の機能が、第１の光学部材２６および第２の光学部材２７という別体の２つの部材によって担保されている。照射光のパターン（形状、模様等）を変換する機能と、被照射面上の照度を調整する機能とを分けることによって、より細かな調整が可能になるという利点がある。
【００３２】
（第２の実施形態の変形例）
次に、図９〜図１１を参照して、本実施形態の変形例を説明する。
照明装置４０は、円柱状の外観を有するが、その作用としては図７で示した照明装置２０と同様である。照明装置４０は、半円筒状の上部部品４１ａと下部部品４２ａを組み立てることによって筒状のハウジングを構成する。上部部品４１ａと下部部品４２ａには、それぞれフランジ部４１ｂ，４２ｂが形成され、これらを接合した形態で組み立てられる。ＬＥＤ４７の実装基板を兼ねる底面部４４には、突起４６が設けられており、フランジ部４１ｂに凹部（図示せず）に突起４６を嵌め入れることで位置決めおよび固定を容易にしている。
【００３３】
ＬＥＤ４７の出射光側には、それぞれ所定の間隔をおいて、順にコリメータレンズ５０、第１のフィルタ５２、第２のフィルタ５４、アウターレンズ５６が設けられる。各部材の間隔は、設計仕様に基づいてシミュレーションや実験を通して最適化される。この所定の間隔は、図示したように上部部品４１ａおよび下部部品４２ａにあらかじめ環状の溝を形成しておき、各部材を差し込むことにより維持してもよいし、例えば円筒状のスペーサ部材を照明装置４０内に取り付けてもよい。
【００３４】
図１０においてより明確に示すように、第２の部材５４は、アウターレンズ５６の光源側の焦点ｆが存する位置に固定される。このように、アウターレンズ５６と第２の部材５４の位置合せを行うことによって、所望のパターンに対応して透光部および遮光部が形成された第２の部材５４を通して出射された光は、図１０の光線ＬＢで示したように、所定の倍数に拡大された状態でその所定のパターンを被照射面Ｚ上に結像することができる。
【００３５】
図１１は、光の経路を説明するために照明装置４０の断面図を拡大した図である。図示したように、ＬＥＤ４７から放射状に発せられた一次光の一部は、コリメータレンズ５０に導入されることなく上部部品４１ａまたは下部部品４２ａの内壁面等に当たっている。光の利用効率を上げるためには、例えばコリメータレンズ５０をＬＥＤ４７に近接して配置したり、上部部品４１ａおよび下部部品４２ａの内壁面を反射面にしたりすることが考えられる。あるいは、コリメータレンズをＬＥＤ４７を覆うような形態とし、その側面で光を全反射し、中央部（光軸方向およびその近傍）で屈折させるような全反射と屈折の両方の作用をもつコリメータレンズを採用することができる。
【００３６】
図１２を参照して、本実施形態の別の変形例に係る照明装置６０を説明する。図９〜１１を参照して説明した照明装置４０との違いは、コリメータレンズ５０の代わりにリフレクタ６２を設けた点にある。すなわち、光が出射する方向に拡開したカップ状のリフレクタ６２によって光の利用効率を高めることができる。
【００３７】
図１３を参照して、光透過率を位置によって異ならしめた光学パターン（例えば透光／遮光部材７，１４、第１の光学部材２６、第１のフィルタ５２等。図１３の各態様において同じ。）形態の具体例をいくつか説明する。図１３（ａ）は、多数のストライプを縦方向に所定間隔で並置したパターン７１で、周囲方向から中央部分に向かってストライプの間隔が狭まるように形成されている。
図１３（ｂ）は、さらに横方向にも同様のストライプを形成したパターン７２である。
【００３８】
これらのパターン７１，７２は、それぞれ中央部分の透過率が低く、周囲方向に向かって透過率が増大するように、密から疎にストライプが形成されている。これらの例では、ストライプ１本当たりの幅を同じとしたが、ストライプの幅を場所に応じて変化させて同様の効果をもたせてもよい。
【００３９】
図１３（ｃ）のパターン７３および同（ｄ）のパターン７４は、多数の点状からなるドットパターンにより透過率を変化させた例である。ここでも同様にドットの大きさを同一にしてもよいし、場所によって大きさを変えてもよい。
【００４０】
図１３のストライプやドットパターンは、印刷および蒸着その他の公知の方法を利用して形成することができる。
【００４１】
図１４（ａ）のパターン８１および同（ｂ）のパターン８２は、所望の照射パターンに対応した形状の透光部８５，８６を有する光学部材の例である。このように、図形、文字、模様またはそれらの組合せを任意に選択することができる。
【００４２】
（その他の変形例）
以上の説明では簡単のために本発明を実施するいくつかの形態のみを紹介したが、これらの実施形態はいずれも本発明を理解するために例示にすぎず、これらに更なる変更、改変を加えた種々の形態も本発明の実施品に含まれるというべきである。
【００４３】
例えば説明した実施形態では、光源の光軸が照明装置の長手方向に略平行であるように設定しているが、異なる配光をもつ光源、または傾斜した光軸をもつ光源に対しても本発明を適用することができる。つまり、位置によって異なる光透過率を光源の配光分布に応じて調整することでいかなる配光特性をもつ光源に対しても本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ 照明装置
６ コリメータ
７ 透光／遮光部材
１１ 集光レンズ
２，３，４ スペーサ部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の照射パターンを被照射面に結像する照明装置であって、
光軸を中心として拡がりをもつ光を放出する点光源と、
前記点光源の光軸に略直交して延在する平面を有する光学要素であって、前記平面上において、前記光軸との交点からの距離に応じて光透過率が異なる第１の光学パターンと、前記照射パターンに対応する形状の透光部を含む第２の光学パターンと、を具備する光学要素と、
を備えたことを特徴とする、照明装置。
【請求項２】
光学要素が、第１の光学パターンを具備する第１の光学部材と、第２の光学パターンを具備する第２の光学部材とから構成され、第１の光学部材および第２の光学部材は、光軸方向に間隔をおいて配置されることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
請求項２に記載の照明装置において、その出光部に近接して設けられた光学レンズであって、点光源に近位の第１の焦点と、点光源から遠位の第２の焦点を有し、前記第１の焦点に第１の光学部材が位置するように調整された、光学レンズをさらに備えたことを特徴とする、照明装置。
【請求項１】
所望の照射パターンを被照射面に結像する照明装置であって、
光軸を中心として拡がりをもつ光を放出する点光源と、
前記点光源の光軸に略直交して延在する平面を有する光学要素であって、前記平面上において、前記光軸との交点からの距離に応じて光透過率が異なる第１の光学パターンと、前記照射パターンに対応する形状の透光部を含む第２の光学パターンと、を具備する光学要素と、
を備えたことを特徴とする、照明装置。
【請求項２】
光学要素が、第１の光学パターンを具備する第１の光学部材と、第２の光学パターンを具備する第２の光学部材とから構成され、第１の光学部材および第２の光学部材は、光軸方向に間隔をおいて配置されることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
請求項２に記載の照明装置において、その出光部に近接して設けられた光学レンズであって、点光源に近位の第１の焦点と、点光源から遠位の第２の焦点を有し、前記第１の焦点に第１の光学部材が位置するように調整された、光学レンズをさらに備えたことを特徴とする、照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１３２８６（Ｐ２０１１−１３２８６Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５５１５１（Ｐ２００９−１５５１５１）
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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