JP2021197324A - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[1] 面光源、合成レンズ系、反射ミラーおよび反射プリズムシートからなる照明装置において、
前記合成レンズ系は、それぞれ直交するx軸、y軸およびz軸の3次元で構成され、
z軸上に前記合成レンズ系の光軸を有し、
前記面光源から出射した光束を凹面形状の入射面から取り込んでx方向の曲率半径がy方向の曲率半径より大きいトロイダル面形状の出射面から出射する第1のトロイダルレンズと、
前記第1のトロイダルレンズから出射した光束を入射面から取り込んでx方向の曲率半径がy方向の曲率半径より大きいトロイダル面形状の出射面から出射する第2のトロイダルレンズと、を具備し、
前記第1のトロイダルレンズに近い側から順に、y−z平面内の前側焦点Fyzおよびx−z平面内の前側焦点Fxzを有し、前側焦点Fxzと前記第1のトロイダルレンズの入射面との間で、かつ前記前側焦点Fyzの近傍を前記面光源の位置とし、
前記面光源と前記合成レンズ系とからなる照明光学系は、前記合成レンズ系の出射側のx−y平面に矩形状の照明エリアを有し、
さらに、
前記反射ミラーは、焦点距離f2を有し、前記第2のトロイダルレンズとの距離をほぼf2として、前記第2のトロイダルレンズから出射した光束をz軸と傾斜した方向へ反射させる手段を有し、
前記反射プリズムシートは、前記反射ミラーから反射した光束の光路を変更する手段を有する
ことを特徴とする照明装置。
[2] [1]において、前記面光源の出射面と前記第1のトロイダルレンズの入射面とのx−y平面への正射影を、x方向、y方向がそれぞれ長辺方向、短辺方向になる矩形状としたことを特徴とする照明装置。
[3] [1]または[2]において、前記照明光学系を複数具備したことを特徴とする照明装置。
[4] [1]〜[3]のいずれか一つにおいて、前記照明装置を液晶用バックライト装置としたことを特徴とする照明装置。
図形の矩形状率=(図形の面積/図形に外接する矩形の面積)×100(%)
とした。この定義において、「外接する矩形」とは、外接する矩形のうち最小の矩形を意味する。そして、図形が照明エリアであるときの矩形状率(すなわち照明エリアの矩形状率)が、図形が楕円であるときのそれ(すなわち楕円の矩形状率=78%)よりも大である場合、その照明エリアを「矩形状の照明エリア」という。
[実施例1] 実施例1として、図1の実施形態において、照明装置の諸元を以下のとおりとした。
(イ)面光源1は、LEDチップからなるものとし、出射面を横4mm×縦1mmの矩形平面とした。なお、ここで、横はx方向、縦はy方向を意味する(以下同じ)。
(ロ)第1のトロイダルレンズ2は、材質をガラス(S−LAH53)とし、レンズのx−y平面図形を横8mm×縦3.2mmの矩形とし、光軸上のレンズ厚みを2.3mmとし、入射面の曲率半径を横10mm×縦無限大とし、出射面の曲率半径を横5.5mm×縦2mmとした。
(ハ)第2のトロイダルレンズ3は、材質をガラス(SK5)とし、レンズのx−y平面図形を横54mm×縦24mmの矩形とし、光軸上のレンズ厚みを15mmとし、入射面の曲率半径を横無限大×縦無限大、出射面の曲率半径を横42mm×縦21mmとした。
(ニ)第1,第2のトロイダルレンズ2,3の間隔は光軸上で17.3mmとした。
(ホ)合成レンズ系5の前側焦点Fyz,Fxzの位置は、近軸理論では第1のトロイダルレンズ2の入射面から前側に、Fyzが0.656mm、Fxzが7.368mm離間した位置となるので、面光源1の出射面の位置を0.4mmとした。
(へ)反射ミラー8は、反射面8Aの焦点距離f2を238mmとし、第2トロイダルレンズ3との間隔をf2(=238mm)とし、x方向サイズを230mm、y方向サイズを30mm(ただし、傾斜前で傾斜の角度θが0°のとき)とし、傾斜の角度θを約3°とした。
(ト)反射プリズムシート9は、シート基板9Bのプリズム状の突条9A側の面がx−z平面と平行で、z軸の上方に9.5mm離間して第2トロイダルレンズ3と反射ミラー8との間を覆うように配置し、斜め右下方からの1次反射光束が反射してz軸方向の下向きの光路を進む2次反射光束となるように、プリズム状の突条9Aの高さ、頂角および配列間隔を設計した。
[実施例2] 実施例2として、照明光学系7のみの照明エリアの形状と明るさの、照明距離に対する依存性を調べるために、図1の実施形態において、照明光学系7の諸元を実施例1と同じとし、照明距離が1m、10m、100mの場合について照明エリアの形状および明るさを光学シミュレーションにより求めた。その結果を図7〜図9にそれぞれ示す。
[実施例3] 実施例3として、実施例1において、照明距離を1mに変更し、反射ミラー8について、反射面8Aの焦点距離f2を965mm、第2トロイダルレンズ3との間隔をf2(=965mm)、x方向サイズを890mm、y方向サイズを150mm(ただし、傾斜前で傾斜の角度θが0°のとき)、傾斜の角度θを約4°と、それぞれ変更した。また、反射プリズムシート9について、z軸からの上方の離間距離を75mmに変更した。
[実施例4] 実施例4として、図3の実施形態(照明光学系7を3つ用いる形態)において、照明光学系7の諸元を実施例1と同じとし、照明距離を1mとした場合の照明エリアの形状および明るさを光学シミュレーションにより求めた。その結果を図10に示す。なお、この光学シミュレーションでは、反射ミラー8および反射プリズムシート9は無視した。
[実施例5] 実施例5として、実施例4において、反射ミラー8について、反射面8Aの焦点距離f2を965mm、第2トロイダルレンズ3との間隔をf2(=965mm)、x方向サイズを890mm、y方向サイズを190mm(ただし、傾斜前で傾斜の角度θが0°のとき)、傾斜の角度θを約5°とした。また、反射プリズムシート9について、z軸からの上方の離間距離を95mmとした。
2 第1のトロイダルレンズ
3 第2のトロイダルレンズ
5 合成レンズ系
7 照明光学系
8 反射ミラー
8A 凹面形状の反射面
8B 反射基板
9 反射プリズムシート
9A 反射プリズム状の突条
9B シート基板
Claims (4)
- 面光源、合成レンズ系、反射ミラーおよび反射プリズムシートからなる照明装置において、
前記合成レンズ系は、それぞれ直交するx軸、y軸およびz軸の3次元で構成され、
z軸上に前記合成レンズ系の光軸を有し、
前記面光源から出射した光束を凹面形状の入射面から取り込んでx方向の曲率半径がy方向の曲率半径より大きいトロイダル面形状の出射面から出射する第1のトロイダルレンズと、
前記第1のトロイダルレンズから出射した光束を入射面から取り込んでx方向の曲率半径がy方向の曲率半径より大きいトロイダル面形状の出射面から出射する第2のトロイダルレンズと、を具備し、
前記第1のトロイダルレンズに近い側から順に、y−z平面内の前側焦点Fyzおよびx−z平面内の前側焦点Fxzを有し、前側焦点Fxzと前記第1のトロイダルレンズの入射面との間で、かつ前記前側焦点Fyzの近傍を前記面光源の位置とし、
前記面光源と前記合成レンズ系とからなる照明光学系は、前記合成レンズ系の出射側のx−y平面に矩形状の照明エリアを有し、
さらに、
前記反射ミラーは、焦点距離f2を有し、前記第2のトロイダルレンズとの距離をほぼf2として、前記第2のトロイダルレンズから出射した光束をz軸と傾斜した方向へ反射させる手段を有し、
前記反射プリズムシートは、前記反射ミラーから反射した光束の光路を変更する手段を有する
ことを特徴とする照明装置。 - 前記面光源の出射面と前記第1のトロイダルレンズの入射面とのx−y平面への正射影を、x方向、y方向がそれぞれ長辺方向、短辺方向になる矩形状としたことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
- 前記照明光学系を複数具備したことを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。
- 前記照明装置を液晶用バックライト装置としたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の照明装置。
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