JP2016085856A - Lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の発光体を含む光源と、光源からの光の光路を調整するフレネルレンズと、を有する照明装置に関する。 The present invention relates to an illumination device having a light source including a plurality of light emitters and a Fresnel lens that adjusts an optical path of light from the light source.
光源と、光源からの光の光路を調整するフレネルレンズと、を有する照明装置が、広く種々の分野、例えば、屋外照明や大空間屋内の照明に用いられている。フレネルレンズは、複数の単位レンズを含んでいる。複数の単位レンズの各レンズ面をつなぎ合わせると、所望の光路調整機能を実現し得る一つのレンズ面に一致する。すなわち、フレネルレンズは、所望の光路調整機能を発現する一つのレンズ面を分割して各単位レンズに付与したレンズである。フレネルレンズは、大幅な薄型化及び軽量化を実現可能な点において有用である。なお、単位レンズはプリズムとも呼ばれるが、本発明では単位レンズと呼称する。 An illumination device having a light source and a Fresnel lens that adjusts an optical path of light from the light source is widely used in various fields, for example, outdoor illumination or large space indoor illumination. The Fresnel lens includes a plurality of unit lenses. When the lens surfaces of a plurality of unit lenses are connected together, they coincide with one lens surface that can realize a desired optical path adjustment function. That is, the Fresnel lens is a lens obtained by dividing one lens surface that expresses a desired optical path adjustment function and giving it to each unit lens. The Fresnel lens is useful in that it can be significantly reduced in thickness and weight. The unit lens is also called a prism, but is called a unit lens in the present invention.
一方、光源は、複数の発光体を含んでおり、これにより、照明装置は、所定の光量を確保することができる。複数の発光体は、例えば規則的なパターンで二次元配列されている。複数の発光体を含む光源が、フレネルレンズの焦点位置に配置されると、発光体の配列パターンが、投影面上に離散化されて現れることにより視認され得る。すなわち、照明される領域上に輝度むらが生じ、均一な明るさで照明することができない。このため、光源は、フレネルレンズの焦点位置よりもフレネルレンズに近接して配置される。この配置によれば、各発光体からの光の光路は、フレネルレンズを透過した後に適度に重なり合い、発光体の配列パターンに対応した輝度むらを解消することができる。また、光源からの光は、フレネルレンズによって、緩やかに発散していく発散光束に整形される。この結果、照明装置は、当該照明装置から離間した投影面上で、フレネルレンズの面積よりも広い領域を照明することができる。 On the other hand, the light source includes a plurality of light emitters, so that the illumination device can ensure a predetermined amount of light. The plurality of light emitters are two-dimensionally arranged in a regular pattern, for example. When a light source including a plurality of light emitters is arranged at the focal position of the Fresnel lens, the array pattern of the light emitters can be visually recognized by appearing discretely on the projection surface. That is, uneven brightness occurs on the illuminated area, and illumination with uniform brightness is impossible. For this reason, the light source is arranged closer to the Fresnel lens than the focal position of the Fresnel lens. According to this arrangement, the optical paths of the light from the respective light emitters are appropriately overlapped after passing through the Fresnel lens, and uneven brightness corresponding to the arrangement pattern of the light emitters can be eliminated. Further, the light from the light source is shaped into a divergent light beam that gently diverges by the Fresnel lens. As a result, the illuminating device can illuminate an area wider than the area of the Fresnel lens on the projection plane separated from the illuminating device.
ところで、本件発明者らが鋭意研究を重ねたところ、光源を焦点位置からずらしても、輝度むらが投影面上に生じ得ることが知見された。 By the way, as a result of extensive research by the present inventors, it has been found that even if the light source is shifted from the focal position, uneven brightness can occur on the projection plane.
すなわち、光源が複数の発光体を含む場合、フレネルレンズの光軸からずれた位置に発光体が位置するようになる。本件発明者らが各発光体からの光の光路を調査したところ、光軸から大きく離間して配置された発光体からの光は、照明されている領域の外縁近傍に輝線を生じさせていた。また、輝線の位置は、発光体の光軸からの距離の変動に応じて、変化した。この結果、互いに異なる発光体からの光が、投影面上の異なる位置に輝線を生じさせ、輝度むらとして認識されることが、本件発明者らの知見によって確認された。 That is, when the light source includes a plurality of light emitters, the light emitter is positioned at a position shifted from the optical axis of the Fresnel lens. When the present inventors investigated the optical path of light from each light emitter, the light from the light emitter arranged at a large distance from the optical axis produced a bright line near the outer edge of the illuminated area. . Further, the position of the bright line changed according to the change in the distance from the optical axis of the light emitter. As a result, it was confirmed by the present inventors' knowledge that light from different light emitters generates bright lines at different positions on the projection plane and is recognized as uneven brightness.
本件発明者らは更に鋭意検討を重ねたところ、フレネルレンズを用いた場合に生じ得る回折現象を利用することによって、光軸から発光体までの距離の分布によって生じ得る輝度むらを、効果的に目立たなくさせることが可能であることを、見出した。本発明は、このような本件発明者らの知見に基づくものである。すなわち、本発明は、複数の発光体を含む光源と、光源からの光の光路を調整するフレネルレンズと、を有する照明装置を用いた際に生じ得る輝度むらを効果的に解消することを目的とする。 The inventors of the present invention have made further studies, and by using the diffraction phenomenon that can occur when a Fresnel lens is used, the luminance unevenness that can be caused by the distribution of the distance from the optical axis to the light emitter is effectively reduced. It was found that it can be made inconspicuous. The present invention is based on such knowledge of the present inventors. That is, an object of the present invention is to effectively eliminate luminance unevenness that may occur when using a lighting device having a light source including a plurality of light emitters and a Fresnel lens that adjusts the optical path of light from the light source. And
本発明による第1の照明装置は、
フレネルレンズをなす複数の単位レンズを有するフレネルレンズシートと、
前記フレネルレンズの光軸に沿って前記フレネルレンズの焦点の位置よりも前記フレネルレンズシートに近接して配置され且つ複数の発光体を有する光源と、を備え、
ある基準方向に沿って前記フレネルレンズの光軸から最も離間した第1の発光体と前記光軸とを通る仮想面と交差する前記フレネルレンズシート上の各位置へ前記第1の発光体から光が入射した場合における、前記光軸から前記フレネルレンズシート上の入射位置までの距離と、前記フレネルレンズシートの各位置へ入射した光の前記フレネルレンズシートからの出射角度と、の関係を示すグラフにおいて極値をなす第1出射角度φ1〔rad〕と、
前記基準方向に沿って前記第1の発光体と隣り合う第2の発光体から前記仮想面と交差する前記フレネルレンズシート上の各位置へ光が入射した場合における、前記光軸から前記フレネルレンズシート上の入射位置までの距離と、前記フレネルレンズシートの各位置へ入射した光の前記フレネルレンズシートからの出射角度と、の関係を示すグラフにおいて極値をなす第2出射角度φ2〔rad〕と、
前記フレネルレンズの前記単位レンズの配列ピッチP〔μm〕と、が次の式を満たす。
0.55/(P×cosφ1)+0.55/(P×cosφ2)>0.5×(φ1-φ2)
A first lighting device according to the present invention comprises:
A Fresnel lens sheet having a plurality of unit lenses forming a Fresnel lens;
A light source that is disposed closer to the Fresnel lens sheet than the focal position of the Fresnel lens along the optical axis of the Fresnel lens and has a plurality of light emitters.
Light from the first light emitter to each position on the Fresnel lens sheet intersecting a virtual plane passing through the first light emitter farthest from the optical axis of the Fresnel lens and the optical axis along a reference direction. Is a graph showing the relationship between the distance from the optical axis to the incident position on the Fresnel lens sheet and the emission angle of the light incident on each position of the Fresnel lens sheet from the Fresnel lens sheet when A first emission angle φ 1 [rad] forming an extreme value in FIG.
The Fresnel lens from the optical axis when light is incident on each position on the Fresnel lens sheet intersecting the virtual plane from a second light emitter adjacent to the first light emitter along the reference direction. A second emission angle φ 2 [rad] forming an extreme value in a graph showing the relationship between the distance to the incident position on the sheet and the emission angle of the light incident on each position of the Fresnel lens sheet from the Fresnel lens sheet. 〕When,
The unit lens arrangement pitch P [μm] of the Fresnel lens satisfies the following expression.
0.55 / (P × cosφ 1 ) + 0.55 / (P × cosφ 2 )> 0.5 × (φ 1 -φ 2 )
本発明による第1の照明装置において、前記複数の発光体は、前記基準方向と平行な第1配列方向および前記基準方向と非平行な第2配列方向のそれぞれに配列されていてもよい。 In the first lighting device according to the present invention, the plurality of light emitters may be arranged in each of a first arrangement direction parallel to the reference direction and a second arrangement direction non-parallel to the reference direction.
本発明による第2の照明装置は、
フレネルレンズをなす複数の単位レンズを有するフレネルレンズシートと、
前記フレネルレンズの光軸に沿って前記フレネルレンズの焦点の位置よりも前記フレネルレンズシートに近接して配置された光源と、を備え、
前記光源は、第1配列方向に配列された二以上の発光体からなる発光体群が、前記第1配列方向と非平行な第2配列方向に配列されるようにして、複数の発光体を有し、
前記第1配列方向と非平行な基準方向に沿って光軸から最も離間して位置する最外方の発光体群上を通過する仮想直線と前記基準方向との交点位置を第1仮想発光点とし、且つ、前記最外方の発光体群と前記基準方向に隣り合う発光体群上を通過する仮想直線と前記基準方向との交点位置を第2仮想発光点とし、
前記第1仮想発光点と前記光軸とを通る仮想面と交差する前記フレネルレンズシート上の各位置へ前記第1仮想発光点から光が入射したと仮定した場合における、前記光軸から前記フレネルレンズシート上の入射位置までの距離と、前記フレネルレンズシートの各位置へ入射した光の前記フレネルレンズシートからの出射角度と、の関係を示すグラフにおいて極値をなす第1出射角度φ1〔rad〕と、
前記仮想面と交差する前記フレネルレンズシート上の各位置へ前記第2仮想発光点から光が入射したと仮定した場合における、前記光軸から前記フレネルレンズシート上の入射位置までの距離と、前記フレネルレンズシートの各位置へ入射した光の前記フレネルレンズシートからの出射角度と、の関係を示すグラフにおいて極値をなす第2出射角度φ2〔rad〕と、
前記フレネルレンズの前記単位レンズの配列ピッチP〔μm〕と、が次の式を満たす。
0.55/(P×cosφ1)+0.55/(P×cosφ2)>0.5×(φ1-φ2)
A second lighting device according to the present invention comprises:
A Fresnel lens sheet having a plurality of unit lenses forming a Fresnel lens;
A light source disposed closer to the Fresnel lens sheet than the position of the focal point of the Fresnel lens along the optical axis of the Fresnel lens, and
The light source includes a plurality of light emitters arranged such that a light emitter group composed of two or more light emitters arranged in a first arrangement direction is arranged in a second arrangement direction that is non-parallel to the first arrangement direction. Have
The intersection of the virtual line passing on the outermost light emitting body group located farthest from the optical axis along the reference direction that is not parallel to the first arrangement direction and the reference direction is defined as the first virtual light emitting point. And the intersection position of the virtual line passing through the outermost luminous body group and the luminous body group adjacent to the reference direction and the reference direction is a second virtual luminous point,
The Fresnel from the optical axis when it is assumed that light has entered from the first virtual light emitting point to each position on the Fresnel lens sheet that intersects a virtual plane passing through the first virtual light emitting point and the optical axis. A first emission angle φ 1 that forms an extreme value in a graph showing a relationship between a distance to an incident position on the lens sheet and an emission angle of light incident on each position of the Fresnel lens sheet from the Fresnel lens sheet. rad],
The distance from the optical axis to the incident position on the Fresnel lens sheet, assuming that light is incident from the second virtual light emitting point to each position on the Fresnel lens sheet intersecting the virtual plane, A second emission angle φ 2 [rad] forming an extreme value in a graph showing a relationship between the light incident on each position of the Fresnel lens sheet and the emission angle from the Fresnel lens sheet;
The unit lens arrangement pitch P [μm] of the Fresnel lens satisfies the following expression.
0.55 / (P × cosφ 1 ) + 0.55 / (P × cosφ 2 )> 0.5 × (φ 1 -φ 2 )
本発明による第1又は第2の照明装置において、
前記光軸から距離Rだけ離れた前記フレネルレンズシート上の位置へ入射した光の前記フレネルレンズからの出射角度φは、
前記フレネルレンズシートへの入射角度θ〔rad〕と、
前記フレネルレンズの前記単位レンズのレンズ角度α〔rad〕と、
前記単位レンズの屈折率nと、
を用いて、次の式で特定されるようにしてもよい。
φ=α+sin-1(n×sin(sin-1(sinθ/n)−α))
In the first or second lighting device according to the present invention,
The emission angle φ from the Fresnel lens of the light incident on the position on the Fresnel lens sheet separated from the optical axis by a distance R is:
Incident angle θ (rad) to the Fresnel lens sheet,
A lens angle α (rad) of the unit lens of the Fresnel lens;
A refractive index n of the unit lens;
May be specified by the following expression.
φ = α + sin −1 (n × sin (sin −1 (sin θ / n) −α))
本発明による第1又は第2の照明装置において、
前記フレネルレンズシートへの入射角度θ〔rad〕は、
前記光軸から前記フレネルレンズシート上の入射位置までの距離R〔μm〕と、
前記光軸から発光位置までの距離S〔μm〕と、
前記光軸に沿った前記フレネルレンズシートから発光位置までの距離L〔μm〕と、
を用いて、次の式で特定されるようにしてもよい。
θ=tan-1((R+S)/L)
In the first or second lighting device according to the present invention,
The incident angle θ (rad) to the Fresnel lens sheet is
A distance R (μm) from the optical axis to the incident position on the Fresnel lens sheet;
A distance S [μm] from the optical axis to the light emitting position;
A distance L (μm) from the Fresnel lens sheet to the light emitting position along the optical axis;
May be specified by the following expression.
θ = tan −1 ((R + S) / L)
本発明による第1又は第2の照明装置において、各発光体は、発光ダイオードであるようにしてもよい。 In the first or second lighting device according to the present invention, each light emitter may be a light emitting diode.
本発明による第1又は第2の照明装置において、前記単位レンズは、凸レンズのレンズ面の一部分と同一の外輪郭を有するようにしてもよい。 In the first or second illumination device according to the present invention, the unit lens may have the same outer contour as a part of the lens surface of the convex lens.
本発明による第1又は第2の照明装置において、前記フレネルレンズシートに、光散乱手段が設けられていてもよい。 In the first or second illumination device according to the present invention, the Fresnel lens sheet may be provided with light scattering means.
本発明によれば、複数の発光体を含む光源と、光源からの光の光路を調整するフレネルレンズと、を有する照明装置を用いた際に生じ得る輝度むらを効果的に解消することができる。 According to the present invention, it is possible to effectively eliminate luminance unevenness that may occur when using an illumination device that includes a light source including a plurality of light emitters and a Fresnel lens that adjusts the optical path of light from the light source. .
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, for the sake of illustration and ease of understanding, the scale, the vertical / horizontal dimension ratio, and the like are appropriately changed and exaggerated from those of the actual product.
なお、本明細書において、「板」、「シート」、「フィルム」の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。例えば、「シート」は板やフィルムと呼ばれ得るような部材も含む概念であり、呼称の違いのみにおいて区別され得ない。 In the present specification, the terms “plate”, “sheet”, and “film” are not distinguished from each other only based on the difference in names. For example, the “sheet” is a concept including a member that can be called a plate or a film, and cannot be distinguished only by a difference in name.
また、「シート面(板面、フィルム面)」とは、対象となるシート状(板状、フィルム状)の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状部材(板状部材、フィルム状部材)の平面と一致する面のことを指す。また、シート状(板状、フィルム状)の部材に対する法線方向とは、当該シート状(板状、フィルム状)の部材のシート面(板面、フィルム面)への法線方向のことを指す。 In addition, “sheet surface (plate surface, film surface)” means a target sheet-like member (plate-like) when the target sheet-like (plate-like, film-like) member is viewed as a whole and globally. It refers to the surface that matches the plane of the member. Moreover, the normal line direction with respect to a sheet-like (plate shape, film shape) member means the normal line direction to the sheet surface (plate surface, film surface) of the sheet-like (plate shape, film shape) member. Point to.
さらに、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。 Furthermore, as used in this specification, the shape and geometric conditions and the degree thereof are specified. For example, terms such as “parallel”, “orthogonal”, “identical”, length and angle values, etc. Without being bound by meaning, it should be interpreted including the extent to which similar functions can be expected.
図1〜図15は、本発明の一実施の形態を説明するための図である。このうち、図1は、照明装置10を模式的に示す斜視図であり、図2は、照明装置の作用を説明するための側断面図であり、図3は、光源を発光体が設けられている側から示す正面図である。
1 to 15 are diagrams for explaining an embodiment of the present invention. Among these, FIG. 1 is a perspective view schematically showing the
図1に示すように、照明装置10は、光源20と、光源20からの光の光路を調整するフレネルレンズシート30と、を有している。フレネルレンズシート30は、透過光の光路を調整するフレネルレンズ31を含んでいる。本実施の形態において、フレネルレンズ31は、光源20からの光の光路を調整する。
As illustrated in FIG. 1, the
図2に示すように、フレネルレンズシート30は、シート状の本体部33と、本体部33の光源20に対面しない側の面上に設けられた複数の単位レンズ35と、を有している。フレネルレンズシート30は、透明な樹脂材料を用いて形成される。各単位レンズ35は、光路を調節するレンズ面36を有している。フレネルレンズシート30に含まれるレンズ面36の組み合わせによって、フレネルレンズ31が構成され、所定の入射光に対して光路調節機能を発揮することができる。隣り合う二つのレンズ面36の間には、ライズ面37が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
図示された例において、フレネルレンズ31は、サーキュラーフレネルレンズとして形成されている。すなわち、各単位レンズ35は、輪状に形成され、且つ、複数の単位レンズ35は同心円状に配列されている。とりわけ図示された例において、複数の単位レンズ35は、組み合わされて凸レンズのレンズ面と略同一の輪郭をなすようになる。したがって、図2に示すように、フレネルレンズ31は、焦点Fからの発散光束を平行光束に整形する光路調整機能を有している。すなわち、フレネルレンズシート30では、多数のレンズ面36をライズ面37で接続して薄型軽量化を図りながら、凸レンズと略同一な光学機能を発揮し得る。
In the illustrated example, the
図2及び図3に示すように、光源20は、基板21と、基板21上に配列された複数の発光体25と、を有している。図示された例において、発光体25は、フレネルレンズ31の光軸dlに直交する面上に、支持されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図3には、発光体25の配列方法の一例が示されている。図3に示された例において、複数の発光体25は、第1配列方向da1及び第2配列方向da2のそれぞれに配列されている。言い換えると、光源20は、第1配列方向da1に配列された二以上の発光体25からなる発光体群22が、第1配列方向da1と非平行な第2配列方向da2に配列されるようにして、複数の発光体25を有している。とりわけ図示された例において、発光体25は、第1配列方向da1及び第2配列方向da2のそれぞれに一定のピッチで配列されている。また、第1配列方向da1への発光体25の配列ピッチは、第2配列方向da2への発光体25の配列ピッチと同一となっている。さらに、第1配列方向da1及び第2配列方向da2は、互いに直交している。
FIG. 3 shows an example of a method for arranging the
光源20は、フレネルレンズ31の光軸dlに沿ってフレネルレンズシート30から離間して配置されている。ただし、光源20は、フレネルレンズ31の焦点Fよりもフレネルレンズシート30に近接して配置されている。したがって、光源20から射出した発散光束は、フレネルレンズ31で平行光束まで絞り込まれない。図2に示すように、光源20からの光の光路は、フレネルレンズシート30によって、緩やかに広がる発散光束に整形される。図1に示すように、フレネルレンズシート30を透過して緩やかに広がる発散光束に整形された光は、照明装置10から離間した投影面plの被照明領域zを照明する。図1に示された例において、投影面plは、フレネルレンズ31の光軸dlに直交している。また、被照明領域zは、フレネルレンズシート30の輪郭と同様に、円形状となっている。
このような照明装置10を用いた場合、すなわち、フレネルレンズ31の焦点Fよりもフレネルレンズシート30に近接して複数の発光体25を含む光源20を配置してなる照明装置10を用いた場合、投影面pl上における被照明領域zの縁部近傍に輝線が生じることがあった。とりわけ、光源20に含まれる複数の発光体25が、互いに非平行な二つの方向のそれぞれに配列されている場合、輝線がより明確に生じた。被照明領域z内には、複数の輝線が生じ、結果として、生理的に不快な輝度むらとして感知されるようになる。本件発明者らは、このような輝線が生じる原因を調査し、各輝線が生じる方向、及び、輝線の間隔を特定し得るにいたった。以下、まず、輝線が生じる原因とともに輝線が生じる方向および輝線の間隔について説明し、その後、輝線による輝度むらを目立たなくするための工夫について説明する。
When such an illuminating
図4及び図5に示すように、発光体25が、焦点Fよりもフレネルレンズ31に近接して、フレネルレンズ31の光軸dl上に位置する場合、当該発光体25から射出した光のフレネルレンズシート30からの出射角度φは、フレネルレンズシート30への入射位置が光軸dlから離間するにつれて、大きくなっていく。したがって、光軸dl上に位置する発光体25から射出した光は、照明装置10から遠く離れた投影面pl上で輝線を生じさせることはない。すなわち、光軸dl上に位置する発光体25から射出した光によれば、被照明領域z内に明暗が繰り返す輝度むらを形成することなく、被照明領域zを照明することが可能となる。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
ここで図4及び後述する図6は、対象となる発光体25と光軸dlとを通る面での当該発光体25から射出した光の光路を示している。また、図5及び後述する図7は、対象となる発光体25及び光軸dlを通る仮想面と交差するフレネルレンズシート30上の各位置へ当該発光体25から光が入射した場合における、光軸dlからフレネルレンズシート30上の入射位置までの距離Rと、フレネルレンズシート30の各位置へ入射した光のフレネルレンズシート30からの出射角度φと、の関係を示すグラフである。
Here, FIG. 4 and described below FIG 6 shows an optical path of light emitted from the light-emitting
一方、光源20が複数の発光体25を含む場合、フレネルレンズ31の光軸dl上に位置しない発光体25が生じる。図6には、光軸dlから離間して配置された発光体25からの光の光路が示されている。図6及び図7に示すように、当該発光体25から射出した光のフレネルレンズシート30からの出射角度φは、フレネルレンズシート30への入射位置が光軸dlから所定のある距離だけ離間した際に、最大となる。すなわち、図7に示すように、対象となる発光体25及び光軸dlを通る仮想面と交差するフレネルレンズシート30上の各位置へ当該発光体25から光が入射した場合における、光軸dlからフレネルレンズシート30上の入射位置までの距離Rと、フレネルレンズシート30の各位置へ入射した光のフレネルレンズシート30からの出射角度φと、の関係を示すグラフにおいて、極値、とりわけ極大値が生じる。そして、図7に示すように、出射角度φの極値を取る入射位置の周囲となるフレネルレンズシート30上の位置へ入射する光の出射角度φは、極値をなす出射角度φよりも僅かだけ小さい角度となる。このとき、照明装置10から遠く離れた投影面plでは、この極値をとる出射角度φの方向に対応する位置に、輝線が発生する。
On the other hand, when the
ここで、光軸dlから光軸dlに直交する方向に沿って距離Rだけ離れたフレネルレンズシート30上の位置へ入射した光のフレネルレンズ31からの出射角度φは、
フレネルレンズシート30への入射角度θ〔rad〕と、
フレネルレンズ31の単位レンズ35のレンズ角度α〔rad〕と、
単位レンズ35の屈折率nと、
を用いて、次の式(1)で表される。
φ=α+sin-1(n×sin(sin-1(sinθ/n)−α)) ・・・式(1)
Here, the emission angle from the
Incident angle θ [rad] to the
The lens angle α [rad] of the
The refractive index n of the
Is represented by the following formula (1).
φ = α + sin −1 (n × sin (sin −1 (sin θ / n) −α)) (1)
なお、図8及び図9に示すように、出射角度φは、フレネルレンズシート30からの出射光の進行方向がフレネルレンズ31の光軸dlに対してなす角度のことである。ここで図8及び図9は、図4及び図6と同様に、対象となる発光体25と光軸dlとを通る面を示している。
Incidentally, as shown in FIGS. 8 and 9, the exit angle phi, the traveling direction of the light emitted from the
入射角度θは、フレネルレンズシート30への入射光の進行方向がフレネルレンズ31の光軸dlに対してなす角度のことである。この入射角度θ〔rad〕は、
フレネルレンズ31の光軸dlからフレネルレンズシート30上の入射位置までの光軸dlに直交する方向に沿った距離R〔μm〕と、
光軸dlから発光位置(図8の例では発光体25の位置)までの光軸dlに直交する方向に沿った距離S〔μm〕と、
光軸dlに沿ったフレネルレンズシート30から発光位置(図8の例では発光体25の位置)までの距離L〔μm〕と、
を用いて、次の式(2)で特定される。
θ=tan-1((R+S)/L) ・・・式(2)
式(2)における距離S、距離R及び距離Lの正負は、図8に示す通りとした。
The incident angle θ is an angle formed by the traveling direction of incident light on the
The distance R [μm] in the direction perpendicular to the optical axis d l to the entrance position on the
Emission position from the optical axis d l the distance (in the example of FIG. 8 position of the light emitter 25) along a direction perpendicular to the optical axis d l to S [μm]
Emission position from the
Is specified by the following equation (2).
θ = tan −1 ((R + S) / L) (2)
The positive and negative of the distance S, the distance R, and the distance L in Equation (2) are as shown in FIG.
さらに、式(1)におけるレンズ角度αは、対象となる光が透過する単位レンズ35のレンズ面36がフレネルレンズシート30のシート面に対してなす角度の大きさである。レンズ面36のレンズ角度αは、当該レンズ面36とフレネルレンズ31の光軸dlとの離間距離Rに応じて変動する。すなわち、レンズ面36のレンズ角度αは、光軸dlからフレネルレンズシート30上の入射位置までの距離Rの関数となる。レンズ角度αを表す関数は、フレネルレンズ31に付与される光学機能、例えばフレネルレンズ31の焦点距離及びフレネルレンズ31の外径に応じて、決定される。
Further, the lens angle α in the expression (1) is the size of the angle formed by the
なお、上述した式(1)による出射角度φの特定は、フレネルレンズシート30が拡散要素を含まず、且つ、フレネルレンズシート30の本体部33が、一対の平行な平滑平面を有するとの前提に立っている。この前提においては、図9から理解され得るように、次の四つの式(3)、(4)、(5)及び(6)が成り立つ。これらの式(3)、(4)、(5)及び(6)から、式(1)が導出され得る。
sinθ=n×sinθ0 ・・・式(3)
θ0=α+β1 ・・・式(4)
n×sinβ1= sinβ2 ・・・式(5)
φ=α+β2 ・・・式(6)
In addition, the specification of the emission angle φ by the above-described formula (1) is based on the premise that the
sinθ = n × sinθ 0 (3)
θ 0 = α + β 1 Formula (4)
n × sinβ 1 = sinβ 2 (5)
φ = α + β 2 Formula (6)
以上に説明したように、光軸dlから光軸dlに直交する方向に沿って距離Rだけ離れたフレネルレンズシート30上の位置へ入射した光のフレネルレンズ31からの出射角度φは、式(1)で特定され得る。
φ=α+sin-1(n×sin(sin-1(sinθ/n)−α)) ・・・式(1)
そして、発光体25の位置が特定されると、当該発光体25からフレネルレンズシート30上の各位置への入射角度θが決まる。したがって、式(1)を利用して、特定の発光体25からの光に起因した輝線が生じる出射角度を特定することができる。具体的には、発光体25が特定されると式(2)における「S」及び「L」が特定されるので、式(1)における「θ」及び「α」が「R」のみの関数となり、式(1)で特定される出射角度φが「R」のみの関数となる。この結果、出射角度φを極大とする「R」を導出することにより、輝線が生じる方向を示す出射角度φを特定することができる。
As described above, the emission angle φ from the
φ = α + sin −1 (n × sin (sin −1 (sin θ / n) −α)) (1)
When the position of the
ここで図10のグラフは、光軸dlからの距離Sが異なる三つの発光体25から射出した光について、フレネルレンズシート30上の入射位置とフレネルレンズシート30からの出射角度φとの関係を示している。調査対象とした照明装置10は、図1〜3に示す照明装置10と同様にした。図10のグラフは、焦点距離f:150mm、単位レンズ35の屈折率n:1.5、フレネルレンズシート30の半径Rmax:110mmとなっているフレネルレンズシート30を用いた場合における、入射位置と出射角度との関係を示している。また、調査対象とした照明装置10において、光軸dlに沿ったフレネルレンズシート30から光源20までの距離Lは、60mmとした。光源20は、図3及び図11に示すように、第1配列方向da1に配列された二以上の発光体25からなる発光体群22が、第1配列方向da1と直交する第2配列方向da2に配列されるようにして、複数の発光体25を有するようにした。図10のグラフは、第2配列方向da2に沿って光軸dlから最も離間して配置された第1発光体群22xの発光体25xaからの光の出射角度φ1と、第1発光体群22xに光軸dlの側から隣り合う第2発光体群22yの発光体25yaからの光の出射角度φ2と、第2発光体群22yに光軸dlの側から隣り合う第3発光体群22zの発光体25zaからの光の出射角度φ3と、を示している。調査対象とした発光体25xa,25ya,25zaは、光軸dlから第2配列方向da2にずれた位置に配置されていた。
Here the graph of FIG. 10, the optical distance S from the optical axis d l is emitted from the three
第1発光体群22xのうちの、第2配列方向da2に沿った光軸dlからの離間距離Sが44mmとなる位置に配置された発光体25xaについて、最大の出射角度φ1は36.7°となった。第2発光体群22yのうちの、第2配列方向da2に沿った光軸dlからの離間距離Sが40mmとなる位置に配置された発光体25yaについて、最大の出射角度φ2は34.9°となった。第3発光体群22zのうちの、第2配列方向da2に沿った光軸dlからの離間距離Sが36mmとなる位置に配置された発光体25zaについて、最大の出射角度φ3は33.4°となった。
Among the first
つまり、図11に示すように、投影面plがフレネルレンズシート30から十分に離間している場合、フレネルレンズ31の光軸に対して36.7°傾斜した方向へ、発光体25xaに起因した輝線が生じる。また、図11に示すように、投影面plがフレネルレンズシート30から十分に離間している場合、フレネルレンズ31の光軸に対して34.9°傾斜した方向へ、発光体25yaに起因した第2の輝線yaが生じる。さらに、図示は省略するが、フレネルレンズ31の光軸に対して33.4°傾斜した方向へ、発光体25zaに起因した輝線が生じる。輝線が間隔をあけて発生することにより、投影面pl上の被照明領域z内に、輝度むらが生じることになる。後述の実施例にて説明するように、本件発明者らが、実際にシミュレーションしたところ、式(1)を用いた計算結果と同様の輝線が確認された。
That is, as shown in FIG. 11, when the projection plane pl is sufficiently separated from the
ところで、図3及び図11に示された光源20は、第2配列方向da2に配列された複数の発光体群22を有し、各発光体群22は、第2配列方向da2と直交する第1配列方向da1に沿って配列された二以上の発光体25を含んでいる。そして、上述した式(1)は、対象となる発光体25と光軸dlとを通過する面内での光路について検討している。すなわち、この式(1)は、対象となる発光体25から射出して、当該発光体25と光軸dlとを通過する仮想面内を進む光によって生じる輝線を特定している。したがって、光源20に含まれる各発光体25からの光に起因してそれぞれ生じる輝線を、式(1)で特定すると、各発光体に起因する輝線は、被照明領域z内に離散的に生じることになる。
Incidentally, the
一方、図3及び図11に示された光源20を用いた場合、実際には、被照明領域z内において、第1配列方向da1に沿って対向する被照明領域zの両縁部と、第2配列方向da2に沿って対向する被照明領域zの両縁部と、の四箇所に最も強い輝線、及び、明暗の筋として視認される輝度むらが生じる。このように、輝線および輝線に起因した輝度むらが被照明領域z内に一様に生じない原因は、発光体25が、第1配列方向da1及び第2配列方向da2に短ピッチで配列されていることに起因するものと考えられる。すなわち、各発光体25は、光を放射状に放つ。したがって、図11に示すように、第1発光体群22xに属する発光体25xb及び発光体25xcは、第1発光体群22xに属する他の発光体25xaと光軸dlとを通過する仮想面と交差するフレネルレンズシート30上の位置にも入射する。このような発光体25xb,25xcからの光は、第1発光体群22xに属する発光体25が第1配列方向da1に短ピッチで配列されていれば、他の発光体25xaと同様に進み、発光体25xaからの光によって生じる輝線xaの隣りに又は当該輝線xaに一部重なり合って、輝線xb,xcを生じさせることになる。同様に、図11に示すように、第2発光体群22yに属する発光体25ya,発光体25yb,発光体25ycは、近接して又は一部重なり合うようにして、それぞれ、輝線ya,yb,ycを生じさせる。すなわち、各発光体群22は、当該発光体群22に含まれる発光体25の配列方向である第1配列方向da1に直交する方向における縁部となる被照明領域z内の位置に、第1配列方向da1に略沿って延びる輝線を生じさせることになる。
On the other hand, when the
以上のようにして、光軸dlからずれた位置に配置された発光体25が、輝線を生じさせることになる。そして、光源20に含まれた複数の発光体25が、光軸dlから異なる距離Sだけずれて配置されていることに起因して、異なる位置に輝線を発生させ、投影面pl上における被照明領域z内に輝度むらを引き起こしている。次に、被照明領域zにおける輝度むらを目立たなくさせる工夫について説明する。
As described above,
フレネルレンズ31を用いた照明装置10では、フレネルレンズ31を構成する単位レンズ35の配置に応じて、回折現象が生じる。すなわち、各発光体25からの光は、厳密には、上述した式(1)で特定した出射角度φの方向だけでなく、他の方向に向けても出射することになる。フレネルレンズシート30を透過する光は、論理的には多数の次数の回折を生じさせるが、本件発明者らが鋭意実験を繰り返したところ、有効に照明光として利用し得るのは、上述した式(1)で特定した出射角度φの方向に対して両側にそれぞれ一次及び二次ずれた回折光までであった。本件発明者らは、回折により光路が持つようになる角度幅、すなわち回折ぼけ量を調節することにより、より具体的には、隣り合う輝線が回折ぼけによって重なり合うようにすることで、輝線による輝度むらを不可視化し得ることを見出した。
In the illuminating
フレネルレンズシート30での回折現象は、
フレネルレンズシート30への入射角度θ〔rad〕と、
フレネルレンズシート30からの出射角度φ〔rad〕と、
回折の次数mと、
光の波長λ〔μm〕と、
単位レンズ35の配列ピッチP〔μm〕と、
を用いて、次の式(7)によって表される。
sinθ+sinφ=(m×λ)/P ・・・式(7)
式(7)における出射角度φ及び入射角度θの正負は、図12に示す通りとした。
The diffraction phenomenon in the
Incident angle θ [rad] to the
The emission angle φ [rad] from the
Diffraction order m,
The wavelength of light λ [μm],
The arrangement pitch P [μm] of the
Is expressed by the following equation (7).
sinθ + sinφ = (m × λ) / P (7)
The sign of the emission angle φ and the incident angle θ in the equation (7) is as shown in FIG.
上述したように、±2次の回折光まで、照明光として有効に利用することができ、その一方で、3次以上ずれた回折光は、わずかであり、有効に利用することができない。そして、次数mが2だけ変化した場合、出射角度φの変化量は、次の式(8)で示される。
2×λ/(P×cosφ) ・・・式(8)
なお、式(8)は、式(7)を次のように式変換することにより導出され得る。
(P/λ)×sinθ+(P/λ)×sinφ=m
dm/dφ=(P/λ)×cosφ
dφ=λ/(P×cosφ)dm
As described above, up to ± second order diffracted light can be used effectively as illumination light, while diffracted light shifted by the third order or more is slight and cannot be used effectively. When the order m changes by 2, the amount of change in the emission angle φ is expressed by the following equation (8).
2 × λ / (P × cosφ) (8)
Expression (8) can be derived by converting Expression (7) as follows.
(P / λ) × sin θ + (P / λ) × sin φ = m
dm / dφ = (P / λ) × cosφ
dφ = λ / (P × cosφ) dm
上述した式(1)を用いて導出され得る隣り合う二つの第1の輝線x及び第2の輝線yをなす中心の出射角度がそれぞれφ1及びφ2である場合、輝線角度間隔Δφpは、次の式(10)で表される。
Δφp=φ1−φ2 ・・・式(10)
そして、第1の輝線xをなす光の中心出射角度φ1から第2輝線y側への回折ぼけ量Δφb1、及び、第2の輝線yをなす光の中心出射角度φ2から第1輝線x側への回折ぼけ量Δφb2は、式(8)を用いて、それぞれ、次の式(11)及び(12)で表される。
Δφb1=2×λ/(P×cosφ1) ・・・式(11)
Δφb2=2×λ/(P×cosφ2) ・・・式(12)
そして、次の式(13)が満たされて、回折ぼけ量の和Δφbが、輝線角度間隔Δφpよりも大きくなる場合、図13に示すように、輝線をなす光が重なり合い、輝度むらを効果的に解消することができる。
λ/(P×cosφ1)+λ/(P×cosφ2)>0.5×(φ1−φ2)
・・・式(13)
その一方で、式(13)が満たされない場合には、回折ぼけ量の和Δφbが輝線角度間隔Δφp以下となり、図14に示すように、各輝線を構成する光が、重なり合わない。図14に示された例では、明暗の筋模様としての輝度むらが視認され得る。
When the emission angles at the centers of two adjacent first bright lines x and second bright lines y that can be derived using the above-described equation (1) are φ 1 and φ 2 , respectively, the bright line angle interval Δφp is It is represented by the following formula (10).
Δφp = φ 1 −φ 2 Formula (10)
The first diffraction blur amount from the center emission angle phi 1 of the light forming the bright line x to the second bright line y side Derutafaibi1, and a second center of the light emitting constituting an emission line y angle phi 2 from the first bright line x The diffraction blur amount Δφb2 to the side is expressed by the following equations (11) and (12) using equation (8).
Δφb1 = 2 × λ / (P × cosφ 1 ) (11)
Δφb2 = 2 × λ / (P × cosφ 2 ) (12)
When the following equation (13) is satisfied and the sum of diffraction blurs Δφb is larger than the bright line angle interval Δφp, as shown in FIG. Can be resolved.
λ / (P × cosφ 1 ) + λ / (P × cosφ 2 )> 0.5 × (φ 1 −φ 2 )
... Formula (13)
On the other hand, when Expression (13) is not satisfied, the sum of diffraction blurs Δφb is equal to or less than the bright line angle interval Δφp, and the light constituting each bright line does not overlap as shown in FIG. In the example shown in FIG. 14, uneven brightness as a bright and dark streak pattern can be visually recognized.
なお、各配列方向に沿った発光体25の配列ピッチが光源20内において大きく変動しないとの仮定において、式(1)で特定される極値を取る最大の出射角度φは、対象となる発光体25が、光軸dlから離間するにつれて大きくなり、また、輝線角度間隔Δφpは、光軸dlから最も離れた発光体25に起因した輝線と、当該発光体25に光軸dlの側から隣り合う発光体25に起因した輝線と、の間で最も大きくなる、といった傾向を呈する。また、投影面において、輝線から光軸に近い側では強度は比較的均一で、また光軸から離れる側では強度は急激に弱くなる。そのため、光軸に近づくにつれて、輝線は他の発光体からの照射光と重なり目立ちにくくなる。そのため、輝線角度間隔Δφpが大きくなり輝度むらが視認され易くなるのは、光軸dlから最も離れて位置する隣り合う二つの発光体25、または、光軸dlから最も離れて位置する隣り合う二つの発光体群22からの光を原因としている。
Assuming that the arrangement pitch of the
また、回折現象による各発光体25からの光の光路の広角化は、レンズ面36の配列方向に生じる。つまり、レンズ面36の配列方向と平行な方向に沿った光軸dlからの距離Sが異なる複数の発光体25又は複数の発光体群22に起因した輝度むらを、フレネルレンズシート30での回折現象によって効果的解消し得る。ここで、フレネルレンズ31がサーキュラーフレネルレンズである場合、光軸dlを通過するすべて方向が、レンズ面36の配列方向となり、光軸dlを通過するすべて方向において回折現象が生じ得る。
Further, the widening of the optical path of the light from each
すなわち、単位レンズ35の配列方向と一致する基準方向dsに沿ってフレネルレンズ31の光軸dlから最も離間した第1の発光体25と光軸dlとを通る仮想面と交差するフレネルレンズシート30上の各位置へ第1の発光体25から光が入射した場合における、光軸dlからフレネルレンズシート30上の入射位置までの距離Rと、フレネルレンズシートの各位置へ入射した光のフレネルレンズシート30からの出射角度φと、の関係を示すグラフにおいて極値をなす第1の出射角度φ1〔rad〕と、
基準方向dsに沿って第1の発光体25と隣り合う第2の発光体25から仮想面と交差するフレネルレンズシート30上の各位置へ光が入射した場合における、光軸25からフレネルレンズシート30上の入射位置までの距離Rと、フレネルレンズシート30の各位置へ入射した光のフレネルレンズシート30からの出射角度φと、の関係を示すグラフにおいて極値をなす第2出射角度φ2〔rad〕と、
フレネルレンズ31の単位レンズ35の配列ピッチP〔μm〕と、が次の式(14)を満たすことが、輝度むらを解消する上で有効である。
0.55/(P×cosφ1)+0.55/(P×cosφ2)>0.5×(φ1-φ2) ・・・式(14)
式(14)が満たされる場合には、隣り合う輝線を構成する光が、それぞれ、回折ぼけを適度に含むようになり、この結果、輝線が重なり合って輝度むらを効果的に目立たなくすることができる。なお、式(14)では、波長λとして、可視光帯域の中心波長として広く用いられている0.55〔μm〕を採用している。
That is, the Fresnel that intersects the virtual plane passing through the
When the light from the
It is effective in eliminating luminance unevenness that the arrangement pitch P [μm] of the
0.55 / (P × cosφ 1 ) + 0.55 / (P × cosφ 2 )> 0.5 × (φ 1 -φ 2 ) Equation (14)
When the expression (14) is satisfied, the light constituting the adjacent bright lines will appropriately include diffraction blur, and as a result, the bright lines may overlap to effectively make the luminance unevenness inconspicuous. it can. In Expression (14), 0.55 [μm], which is widely used as the center wavelength of the visible light band, is employed as the wavelength λ.
以上のような本実施の形態による照明装置10によれば、複数の発光体25を含む光源20と、光源20からの光の光路を調整するフレネルレンズ31と、を有する照明装置10を用いた際に生じ得る輝度むらを効果的に目立たなくさせることができる。
According to the
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。 Note that various modifications can be made to the above-described embodiment. Hereinafter, an example of modification will be described with reference to the drawings. In the following description and the drawings used in the following description, the same reference numerals as those used for the corresponding parts in the above-described embodiment are used for parts that can be configured in the same manner as in the above-described embodiment, and overlapping Description to be omitted is omitted.
上述した実施の形態において、光源20は、第1配列方向da1に配列された二以上の発光体25からなる発光体群22を有し、複数の発光体群22が、第1配列方向da1と非平行な第2配列方向da2に配列されている例を示した。この例においては、図3に示すように、第1配列方向da1と直交する方向に沿って光軸dlからずれた位置に、各発光体群22,22x,22y,22zに属する発光体25,25x,25y,25zが配置されていた。しかしながら、この例に限られず、例えば図15に示すように、第1配列方向da1と直交する方向に沿って光軸dlからずれた位置に、各発光体群22に属する発光体25が配置されていなくてもよい。図11を参照しながら上述したように、図15に示された光源20を用いた場合にも、各発光体群22は、当該発光体群22に含まれる発光体25の配列方向である第1配列方向da1に直交する方向における縁部となる被照明領域z内の領域に、第1配列方向da1に細長く延びる輝線を生じさせることになる。そして、上述してきた本発明による工夫を適用することによって、図15に示された光源20を用いた照明装置10についても、輝度むらを効果的に目立たなくさせることができる。
In the above-described embodiment, the
具体的には、まず、基準方向dsに沿って光軸dlから最も離間した位置する最外方の発光体群22x上を通過する仮想直線vl1と基準方向dsとの交点位置を第1仮想発光点25v1とし、且つ、最外方の発光体群22xと基準方向dsに隣り合う外方から二番目の発光体群22y上を通過する仮想直線vl1と基準方向dsとの交点位置を第2仮想発光点25v2とする。ここで、基準方向dsは、回折現象を生じさせる方向であることから、単位レンズ35が配列されている方向とする。フレネルレンズ31がサーキュラーフレネルレンズである場合には、光軸dlを通過する方向がすべて基準方向dsとなり得る。そこで、輝線を効果的に解消する観点からは、基準方向dsは、第1配列方向da1に直交する方向であることが好ましい。
Specifically, first, along the reference direction d s an intersection with the virtual straight line vl 1 and the reference direction d s passing outermost of the lighting cluster on 22x to position farthest from the optical axis d l first a virtual emission point 25v 1, and the virtual straight line vl 1 and the reference direction d s passing over the
そして、第1仮想発光点25v1と光軸dlとを通る仮想面と交差するフレネルレンズシート30上の各位置へ第1仮想発光点25v1から光が入射したと仮定した場合における、光軸dlからフレネルレンズシート30上の入射位置までの距離Rと、フレネルレンズシート30の各位置へ入射した光のフレネルレンズシート30からの出射角度φと、の関係を示すグラフにおいて極値をなす第1出射角度φ1〔rad〕と、
前記仮想面と交差するフレネルレンズシート30上の各位置へ第2仮想発光点25v2から光が入射したと仮定した場合における、光軸dlからフレネルレンズシート30上の入射位置までの距離Rと、フレネルレンズシート30の各位置へ入射した光のフレネルレンズシート30からの出射角度φと、の関係を示すグラフにおいて極値をなす第2出射角度φ2〔rad〕と、
フレネルレンズ31の単位レンズ35の配列ピッチP〔μm〕と、が次の式(15)を満たすことが、輝度むらを目立たなくする上で有効である。
0.55/(P×cosφ1)+0.55/(P×cosφ2)>0.5×(φ1-φ2) ・・・式(15)
Then, when it is assumed that the light from the Fresnel lens first virtual emission point to each of positions on the
In a case where the light from the second virtual emission point 25v 2 to each position on the
In order to make the luminance unevenness inconspicuous, it is effective that the arrangement pitch P [μm] of the
0.55 / (P × cosφ 1 ) + 0.55 / (P × cosφ 2 )> 0.5 × (φ 1 -φ 2 ) Equation (15)
また、複数の発光体25は、三以上の方向に配列されていてもよいし、同心円状に配列されていてもよい。このような光源20を用いた照明装置10に対しても、上述した式(14)又は式(15)を満たすことにより、輝度むらを効果的に目立たなくさせることができる。
The plurality of
また、上述した実施の形態において、フレネルレンズ31が、サーキュラーフレネルレンズとして形成されている例を示したが、これに限られず、リニアフレネルレンズであってもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the
さらに、輝度むらを目立たなくする観点から、フレネルレンズシート30に光散乱手段が設けられていてもよい。例えば、フレネルレンズシート30の本体部33に、光散乱材が含まれるようにしてもよい。光散乱材としては、本体部33のその他の部分と異なる屈折率を有した粒子等を用いることができる。
Furthermore, from the viewpoint of making the luminance unevenness inconspicuous, the
なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。 In addition, although the some modification with respect to embodiment mentioned above was demonstrated above, naturally, it is also possible to apply combining several modifications suitably.
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to this Example.
図1〜図3に示された照明装置と同様の構成を有するモデル1及びモデル2を作製してシミュレーションを行った。モデルとした照明装置のフレネルレンズシートは、次のように設計した。
・焦点距離f:150mm
・単位レンズ35の屈折率n:1.5
・フレネルレンズシート30の半径Rmax:110mm
モデル1では、単位レンズ35の配列ピッチPを50μmとし、モデル2では、単位レンズ35の配列ピッチPを200μmとした。フレネルレンズシート30は、単位レンズ35の配列ピッチPを除き、モデル1及びモデル2の間で共通とした。
A
-Focal length f: 150 mm
-Refractive index n of unit lens 35: 1.5
Of the
In the
光源は、モデル1及びモデル2の間で共通して、図3及び図11と同様の構成とした。
The light source has the same configuration as that in FIGS. 3 and 11 in common between the
以上の条件で、シミュレーションを行い、被照明領域z内での輝度の分布を確認した。 Simulation was performed under the above conditions, and the distribution of luminance in the illuminated region z was confirmed.
第1発光体群22xのうちの、第2配列方向da2に沿った光軸dlからの離間距離Sが44mmとなる位置に配置された発光体25xaについて、最大の出射角度φ1は36.7°となった。第2発光体群22yのうちの、第2配列方向da2に沿った光軸dlからの離間距離Sが40mmとなる位置に配置された発光体25yaについて、最大の出射角度φ2は34.9°となった。モデル1は、式(14)の条件を満たし、実際にシミュレーション結果においても、目立った輝度むらは存在しなかった。一方、モデル2は、式(14)の条件を満たさず、実際にシミュレーション結果においても、目立った輝度むらが存在していた。
Among the first
10 照明装置
20 光源
21 基板
22 発光体群
25 発光体
30 フレネルレンズシート
31 フレネルレンズ
33 本体部
35 単位レンズ
36 レンズ面
37 ライズ面
dl 光軸
ds 基準方向
da1 第1配列方向
da2 第2配列方向
F 焦点
pl 投影面
z 被照明領域
x 第1の輝線
xa 第1の輝線
xb 第1の輝線
xc 第1の輝線
y 第2の輝線
ya 第2の輝線
yb 第2の輝線
yc 第2の輝線
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記フレネルレンズの光軸に沿って前記フレネルレンズの焦点の位置よりも前記フレネルレンズシートに近接して配置され且つ複数の発光体を有する光源と、を備え、
ある基準方向に沿って前記フレネルレンズの光軸から最も離間した第1の発光体と前記光軸とを通る仮想面と交差する前記フレネルレンズシート上の各位置へ前記第1の発光体から光が入射した場合における、前記光軸から前記フレネルレンズシート上の入射位置までの距離と、前記フレネルレンズシートの各位置へ入射した光の前記フレネルレンズシートからの出射角度と、の関係を示すグラフにおいて極値をなす第1出射角度φ1〔rad〕と、
前記基準方向に沿って前記第1の発光体と隣り合う第2の発光体から前記仮想面と交差する前記フレネルレンズシート上の各位置へ光が入射した場合における、前記光軸から前記フレネルレンズシート上の入射位置までの距離と、前記フレネルレンズシートの各位置へ入射した光の前記フレネルレンズシートからの出射角度と、の関係を示すグラフにおいて極値をなす第2出射角度φ2〔rad〕と、
前記フレネルレンズの前記単位レンズの配列ピッチP〔μm〕と、が次の式を満たす、照明装置。
0.55/(P×cosφ1)+0.55/(P×cosφ2)>0.5×(φ1-φ2) A Fresnel lens sheet having a plurality of unit lenses forming a Fresnel lens;
A light source that is disposed closer to the Fresnel lens sheet than the focal position of the Fresnel lens along the optical axis of the Fresnel lens and has a plurality of light emitters.
Light from the first light emitter to each position on the Fresnel lens sheet intersecting a virtual plane passing through the first light emitter farthest from the optical axis of the Fresnel lens and the optical axis along a reference direction. Is a graph showing the relationship between the distance from the optical axis to the incident position on the Fresnel lens sheet and the emission angle of the light incident on each position of the Fresnel lens sheet from the Fresnel lens sheet when A first emission angle φ 1 [rad] forming an extreme value in FIG.
The Fresnel lens from the optical axis when light is incident on each position on the Fresnel lens sheet intersecting the virtual plane from a second light emitter adjacent to the first light emitter along the reference direction. A second emission angle φ 2 [rad] forming an extreme value in a graph showing the relationship between the distance to the incident position on the sheet and the emission angle of the light incident on each position of the Fresnel lens sheet from the Fresnel lens sheet. 〕When,
The lighting device in which the arrangement pitch P [μm] of the unit lenses of the Fresnel lens satisfies the following expression.
0.55 / (P × cosφ 1 ) + 0.55 / (P × cosφ 2 )> 0.5 × (φ 1 -φ 2 )
前記フレネルレンズの光軸に沿って前記フレネルレンズの焦点の位置よりも前記フレネルレンズシートに近接して配置された光源と、を備え、
前記光源は、第1配列方向に配列された二以上の発光体からなる発光体群が、前記第1配列方向と非平行な第2配列方向に配列されるようにして、複数の発光体を有し、
前記第1配列方向と非平行な基準方向に沿って光軸から最も離間して位置する最外方の発光体群上を通過する仮想直線と前記基準方向との交点位置を第1仮想発光点とし、且つ、前記最外方の発光体群と前記基準方向に隣り合う発光体群上を通過する仮想直線と前記基準方向との交点位置を第2仮想発光点とし、
前記第1仮想発光点と前記光軸とを通る仮想面と交差する前記フレネルレンズシート上の各位置へ前記第1仮想発光点から光が入射したと仮定した場合における、前記光軸から前記フレネルレンズシート上の入射位置までの距離と、前記フレネルレンズシートの各位置へ入射した光の前記フレネルレンズシートからの出射角度と、の関係を示すグラフにおいて極値をなす第1出射角度φ1〔rad〕と、
前記仮想面と交差する前記フレネルレンズシート上の各位置へ前記第2仮想発光点から光が入射したと仮定した場合における、前記光軸から前記フレネルレンズシート上の入射位置までの距離と、前記フレネルレンズシートの各位置へ入射した光の前記フレネルレンズシートからの出射角度と、の関係を示すグラフにおいて極値をなす第2出射角度φ2〔rad〕と、
前記フレネルレンズの前記単位レンズの配列ピッチP〔μm〕と、が次の式を満たす、照明装置。
0.55/(P×cosφ1)+0.55/(P×cosφ2)>0.5×(φ1-φ2) A Fresnel lens sheet having a plurality of unit lenses forming a Fresnel lens;
A light source disposed closer to the Fresnel lens sheet than the position of the focal point of the Fresnel lens along the optical axis of the Fresnel lens, and
The light source includes a plurality of light emitters arranged such that a light emitter group composed of two or more light emitters arranged in a first arrangement direction is arranged in a second arrangement direction that is non-parallel to the first arrangement direction. Have
The intersection of the virtual line passing on the outermost light emitting body group located farthest from the optical axis along the reference direction that is not parallel to the first arrangement direction and the reference direction is defined as the first virtual light emitting point. And the intersection position of the virtual line passing through the outermost luminous body group and the luminous body group adjacent to the reference direction and the reference direction is a second virtual luminous point,
The Fresnel from the optical axis when it is assumed that light has entered from the first virtual light emitting point to each position on the Fresnel lens sheet that intersects a virtual plane passing through the first virtual light emitting point and the optical axis. A first emission angle φ 1 that forms an extreme value in a graph showing a relationship between a distance to an incident position on the lens sheet and an emission angle of light incident on each position of the Fresnel lens sheet from the Fresnel lens sheet. rad],
The distance from the optical axis to the incident position on the Fresnel lens sheet, assuming that light is incident from the second virtual light emitting point to each position on the Fresnel lens sheet intersecting the virtual plane, A second emission angle φ 2 [rad] forming an extreme value in a graph showing a relationship between the light incident on each position of the Fresnel lens sheet and the emission angle from the Fresnel lens sheet;
The lighting device in which the arrangement pitch P [μm] of the unit lenses of the Fresnel lens satisfies the following expression.
0.55 / (P × cosφ 1 ) + 0.55 / (P × cosφ 2 )> 0.5 × (φ 1 -φ 2 )
前記フレネルレンズシートへの入射角度θ〔rad〕と、
前記フレネルレンズの前記単位レンズのレンズ角度α〔rad〕と、
前記単位レンズの屈折率nと、
を用いて、次の式で特定される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の照明装置。
φ=α+sin-1(n×sin(sin-1(sinθ/n)−α)) The emission angle φ from the Fresnel lens of the light incident on the position on the Fresnel lens sheet separated from the optical axis by a distance R is:
Incident angle θ (rad) to the Fresnel lens sheet,
A lens angle α (rad) of the unit lens of the Fresnel lens;
A refractive index n of the unit lens;
The lighting device according to any one of claims 1 to 3, which is specified by the following formula:
φ = α + sin −1 (n × sin (sin −1 (sin θ / n) −α))
前記光軸から前記フレネルレンズシート上の入射位置までの距離R〔μm〕と、
前記光軸から発光位置までの距離S〔μm〕と、
前記光軸に沿った前記フレネルレンズシートから発光位置までの距離L〔μm〕と、
を用いて、次の式で特定される、請求項4に記載の照明装置。
θ=tan-1((R+S)/L) The incident angle θ (rad) to the Fresnel lens sheet is
A distance R (μm) from the optical axis to the incident position on the Fresnel lens sheet;
A distance S [μm] from the optical axis to the light emitting position;
A distance L (μm) from the Fresnel lens sheet to the light emitting position along the optical axis;
The lighting device according to claim 4, which is specified by the following formula:
θ = tan −1 ((R + S) / L)
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JP2014217714A JP2016085856A (en) | 2014-10-24 | 2014-10-24 | Lighting device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110068534A (en) * | 2019-05-17 | 2019-07-30 | 北京领邦智能装备股份公司 | Detection accurate electro-optical device and measuring instrument out |
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- 2014-10-24 JP JP2014217714A patent/JP2016085856A/en active Pending
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