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WO2015004910A1 - 照明装置およびその照明装置を搭載した自動車 - Google Patents

照明装置およびその照明装置を搭載した自動車 Download PDF

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WO2015004910A1
WO2015004910A1 PCT/JP2014/003632 JP2014003632W WO2015004910A1 WO 2015004910 A1 WO2015004910 A1 WO 2015004910A1 JP 2014003632 W JP2014003632 W JP 2014003632W WO 2015004910 A1 WO2015004910 A1 WO 2015004910A1
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WO
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lens
light
columnar
lens portion
led
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PCT/JP2014/003632
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English (en)
French (fr)
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福井　厚司
省郎 持田
剛由 山口
智行 緒方
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Priority to US14/787,466 priority patent/US9857044B2/en
Priority to JP2015526170A priority patent/JP6074630B2/ja
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    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/005—Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along a single direction only, e.g. lenticular sheets

Definitions

  • the present invention relates to a vehicular lamp that uses a light emitting diode (LED) or the like as a light source, particularly a vehicular lamp (so-called daytime running light (DRL) that allows a driver or pedestrian of another vehicle to visually recognize the presence of the vehicle during the daytime. ), Daylight).
  • LED light emitting diode
  • DRL daytime running light
  • DRL currently has standards established in Europe and the like, and the United States and other countries have come to comply with the standards. There is a demand for a light source that has a wide spread in the left-right direction (horizontal direction) with respect to the vertical direction (vertical direction).
  • FIG. 14 is a diagram showing a conventional daytime running lighting device described in Patent Document 1.
  • FIG. 14 is a diagram showing a conventional daytime running lighting device described in Patent Document 1.
  • the lighting device includes an LED array 11 in which a plurality of LEDs are arranged, and a lens 12.
  • the light emitted from the LED array 11 is collimated by the lens 12.
  • the light from the LED close to the optical axis of the lens 12 becomes light in the optical axis direction, that is, the front direction, and the light from the LED far from the optical axis of the lens 12 becomes light in the left-right direction and is emitted from the lens 12. .
  • the light quantity of each LED of the LED array 11 the light distribution of the daytime running light is achieved.
  • FIG. 15 is a diagram showing a conventional daytime running light described in Patent Document 2.
  • the lighting device includes a high-power LED 13 and a light guide plate 14.
  • the light guide plate 14 has a prism 15 formed on its end face.
  • Light emitted from the high-power LED 13 is incident on the light guide plate 14 and propagates through the light guide plate 14 while being totally reflected.
  • the light propagating in the light guide plate 14 enters the prism 15, a part of the light is bent by the prism 15, and is deviated from the total reflection condition of propagation of the light guide plate 14, and is emitted to the outside of the light guide plate 14.
  • Light 16 is emitted from the entire light guide plate 14.
  • the present invention includes an LED, a lens unit provided above the LED, and a columnar lens provided above the lens unit.
  • the lens unit receives light from the LED and directs the light toward the columnar lens.
  • the columnar lens is an illumination device that emits light to the outside.
  • the first lens unit in which the lens and the total reflection prism are integrated, and the columnar lens light in a certain range of vertical (vertical) and horizontal (horizontal) directions by the first lens unit.
  • the second lens further spreads the light in the left-right direction, and the distance between the first lens unit and the columnar lens is separated by a certain distance, so that the light source when viewed from the front is homogeneous. It can be made to be line-shaped.
  • FIG. XZ plane sectional view of the first lens unit according to Embodiment 1 XY plane sectional view of the 1st lens unit in Embodiment 1 Sectional drawing of the 2nd lens in Embodiment 1 Sectional drawing of the 2nd lens in Embodiment 1 A plan view of the second lens according to the first embodiment, viewed from the Z-axis direction. Sectional drawing of the illuminating device in Embodiment 1.
  • FIG. The figure which shows the positional relationship of the overlap of light with a 1st lens unit and a 2nd lens.
  • FIG. 1 The figure which shows the angular intensity distribution of the left-right direction of the 1st, 2nd lens emitted light in Embodiment 1.
  • FIG. 1 The figure which shows the angular intensity distribution of the up-down direction of the 1st, 2nd lens emitted light in Embodiment 1.
  • FIG. 1 The figure which shows the angular intensity distribution of the plane part of the 2nd lens in Embodiment 1, and the right-and-left direction of columnar lens part emitted light Sectional drawing of the 2nd lens in Embodiment 2 YZ plane sectional view of the first lens unit in Embodiment 3 Sectional drawing of the illuminating device in Embodiment 4.
  • FIG. 6 Front view of the second lens according to Embodiment 7 of the present invention Front view of the second lens according to Embodiment 7 of the present invention Front view of the second lens according to Embodiment 7 of the present invention Sectional drawing of the illuminating device in Embodiment 8.
  • BB surface sectional view of the 1st lens unit in Drawing 13B The figure which shows the illumination device for the conventional daytime driving
  • An object of the present invention is to provide a lighting device that can be formed into a line shape with high light efficiency, high degree of freedom in arrangement, and excellent visibility and design.
  • FIG. 1A is a diagram showing the position of lighting apparatus 100 according to Embodiment 1 in an automobile.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of lighting device 100 for daytime traveling for vehicles in the first embodiment.
  • FIG. 1A is a top view of the front end portion of the automobile 150.
  • the illuminating device 100 is arrange
  • the upper side of the paper is the Z-axis direction
  • the right direction is the X-axis direction
  • the depth direction is the Y-axis direction.
  • the Z-axis direction is the front (front and rear of the vehicle)
  • the Y-axis direction is up and down (vertical)
  • the illumination device 100 includes an LED substrate 103, a first lens unit 102 in front of the LED substrate 103 (upward in the drawing), and a second lens 104 in front of the first lens unit 102 (upward in the drawing). including. It is inclined at an inclination angle ⁇ with respect to the X axis (left and right).
  • the LED 101 is disposed on the LED substrate 103.
  • the LEDs 101 are arranged on the LED substrate 103 at substantially equal intervals.
  • the front direction is the Z-axis direction, and the LED substrate 103 is disposed to be inclined with respect to the front. It is the illuminating device 100 arrange
  • the LED 101 emits light with a light distribution close to perfect diffused light.
  • One first lens unit 102 is provided corresponding to one of the LEDs 101.
  • the first lens unit 102 uses the emitted light of the LED 101 as incident light, and emits light having high directivity close to parallel light.
  • the second lens 104 is disposed substantially parallel to the LED substrate 103, and a columnar lens array is formed on the LED 101 side (described in FIG. 3).
  • the columnar lens 123 is disposed so that the axial direction (columnar longitudinal direction) is parallel to the Y axis, and diffuses light in the XZ plane.
  • FIG. 2A shows a cross-sectional view of the structure of the first lens unit 102.
  • the first lens unit 102 includes a first lens portion 105, a second lens portion 107, and a triangular prism 106.
  • the first lens portion 105 is arranged so that the lens center axis 109 is substantially parallel to the Z-axis direction (front direction), and the center of the light emitting surface of the LED 101 is located near the focal position.
  • the triangular prism 106 is located on the side surface of the first lens portion 105. It is a triangular prism formed with three apex angles of 90 degrees, 45 degrees, and 45 degrees. The light path is changed by total reflection on the slope.
  • the second lens portion 107 is located on the upper side of the triangular prism 106 and on the side surface of the first lens portion 105.
  • the lens center axis 110 is substantially parallel to the Z axis, and is arranged so that the center of the light emitting surface of the LED 101 is located near the focal position in consideration of the optical path length by the triangular prism 106 and the bending of the optical path.
  • the first lens portion 105 and the second lens portion 107 are preferably aspherical surfaces in order to reduce aberrations.
  • the first lens portion 105, the triangular prism 106, and the second lens portion 107 are made of a transparent member such as glass, polycarbonate, or acrylic having the same refractive index, and are integrally formed so as not to form a boundary surface.
  • the LED 101 is disposed in the vicinity of the focal plane of the first lens portion 105 and the second lens portion 107, more specifically, the spread of emitted light from the first lens portion 105 and the second lens portion 107 is in the vertical direction (Z-axis). (Direction) is defocused so that the light spreads to a specified value.
  • the width of the first lens unit 102 in the X-axis direction is the same as or slightly larger than the LED pitch P when viewed from the Z-axis direction, and the first lens unit 102 when viewed from the Z-axis direction. They are arranged without a gap between them.
  • the first lens portion 105 and the second lens portion 107 are cut in the left-right direction (X-axis direction) perpendicular to the X-axis. It is an area where the light of the LED 101 does not reach or is small. In addition, a portion overlapping with the adjacent first lens unit 102 (as viewed from the Z axis) is cut.
  • FIG. 2B shows a cross section (YZ plane) along AA passing through the central axis of the first lens portion 105 of the first lens unit 102. It can be seen that the light of the LED 101 is collected in a certain prescribed range.
  • FIG. 3A shows a schematic cross-sectional view of the second lens 104.
  • the second lens 104 includes a substrate 116 and a columnar lens 123.
  • the substrate 116 is a transparent substrate made of glass, polycarbonate, acrylic, etc. with a constant thickness.
  • a columnar lens 123 is disposed on the LED 101 side (Z-axis negative direction) of the substrate 116, and the columnar axis (center axis) of the columnar lens 123 is formed in parallel with the Y-axis.
  • the columnar lenses 123 are arranged at equal intervals, and the columnar lens formation region 125 is arranged to be slightly smaller than the columnar lens pitch 124.
  • the substrate 116 has a flat portion 117 on which the columnar lens 123 is not formed.
  • the effect of light spreading by the second lens 104 can be reduced.
  • the spread of light in the XY plane can be reduced and the amount of light in the Z-axis direction can be increased.
  • the plane part 117 is too large, the spread of light in the XY plane (left and right direction) becomes too narrow, and the ratio of the plane part 117 to the columnar lens pitch 124 is approximately 1 to 20%. Like that.
  • the second lens 104 may be rotated with respect to the LED substrate 103 so that the columnar axis of the columnar lens 123 slightly rotates around the Z axis. This is because the distribution of the emitted light from the second lens 104 can be adjusted. That is, the columnar axis is not perpendicular to the line of the LEDs 101 and is inclined at the following angle.
  • FIG. 3B and 3C show the second lens 104 viewed from the Z-axis direction.
  • FIG. 3B shows a state without rotation
  • FIG. 3C shows a state rotated with a rotation angle ⁇ with respect to the Z axis.
  • the radius of curvature of the columnar lens 123 is increased, and the light spreading effect in the XZ plane by the second lens 104 is reduced. Therefore, it can be used as an optical adjustment when it is desired to slightly narrow the spread of light in the XZ plane (left-right direction) and increase the amount of light in the Z-axis direction.
  • the rotation amount of the columnar axis of the columnar lens 123 around the Z-axis is excessively large, a spread component is generated in the YZ plane (vertical direction), and the light spread is distorted. It should be up to about 10 degrees. Preferably, it is 0 to 5 degrees.
  • the columnar lens 123 is preferably a columnar lens or a cylindrical lens. However, it may be a columnar shape or a cylindrical shape, and a part thereof swells in the radial direction. Further, the cross section may be polygonal. The number of corners is preferably a pentagon or more.
  • the front light beam 111 emitted from the LED 101 in the Z-axis direction enters the first lens unit 102 as shown in FIG. 2A. Since the center of the light emitting surface of the LED 101 is disposed in the vicinity of the focal position of the first lens portion 105, the front light beam 111 emitted from the first lens portion 105 is light having a spread defined in the vertical direction (Y-axis direction). Become.
  • the light incident on the triangular prism 106 is totally reflected by the prism inclined surface (total reflection surface 108) and enters the second lens portion 107. Since the center of the light emitting surface of the LED 101 is disposed in the vicinity of the focal position of the second lens portion 107, the oblique light beam 132 emitted from the second lens portion 107 is light having a prescribed spread in the vertical direction (Y-axis direction). Become.
  • the spread of light in the vertical direction (in the YZ plane) and in the horizontal direction (in the XZ plane) is a specified value.
  • the light emitted from the first lens unit 102 is increased by the second lens 104 so that the spread angle of the light becomes a predetermined value with respect to the horizontal direction (in the XZ plane) by the columnar lens 123.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the lighting device 100. It is a figure equivalent to FIG. 1B.
  • FIG. 4B is an enlarged view showing a positional relationship between the first lens unit 102 and the second lens 104 in FIG. 4A.
  • the distance between the second lens 104 and the first lens unit 102 is such that when viewed from the Z-axis direction, light is connected in the X-axis direction so that the first lens adjacent to the second lens 104 is adjacent. It is considered that the overlap width W of the light between the units 102 is required to be at least 1/4 of the LED pitch P (Formula 1).
  • the light from the first lens unit 102 needs to overlap on the second lens 104 to some extent so that it can be seen as a continuous linear light source.
  • the gap between the first lens units 102 looks dark, so an overlap of at least 1/10 or more, preferably 1/4 or more is desirable.
  • the half-width half-angle of the light spread angle from the first lens unit 102 is ⁇
  • the LED pitch in the X-axis direction is P
  • the distance between the first lens unit and the second lens in the Z-axis direction is the distance L
  • the light overlap width If W, then the relationship of Equation 2 is established.
  • W 2 ⁇ tan ⁇ ⁇ L (Expression 2)
  • the distance L between the first lens unit 102 and the second lens 104 is L> P / (8 ⁇ tan ⁇ ) (Equation 4) It becomes.
  • the distance L between the first lens unit 102 and the second lens 104 is L> 10 / (8 ⁇ tan 7 ° ) ⁇ 10.2 mm, and it is installed at a distance of at least 10.2 mm.
  • FIG. 5A shows the spread of light in the left-right direction (in the XZ plane).
  • the outgoing light of the second lens 104 has a wider divergence angle than the outgoing light of the first lens unit 102.
  • FIG. 5B shows the spread of light in the vertical direction (in the YZ plane).
  • the spread of light in the vertical direction (in the YZ plane) is a specified value spread by the first lens unit 102, and the second lens 104 transmits the light as it is.
  • the columnar lenses 123 of the second lens 104 are arranged at equal intervals with a gap.
  • FIG. 5C shows the spread of light in the left-right direction (in the XZ plane) with respect to each of the columnar lens 123 and the plane portion 117 of the second lens 104 and a combination thereof.
  • the light transmitted through the flat portion 117 without the columnar lens 123 is light having a narrow divergence angle as the light emitted from the first lens unit 102.
  • the light passing through the columnar lens 123 has a widening angle.
  • the two lights are superimposed (combined) to form a light spread in the left-right direction (in the XZ plane).
  • the angle distribution requires particularly light intensity in the front direction (Z-axis direction), the angle distribution can be easily adjusted by combining the light passing through the columnar lens 123 and the flat portion 117 without the columnar lens. Can do.
  • the light emitted from the first lens unit 102 has a spread angle, the light between the adjacent first lens units 102 on the surface of the second lens 104 overlaps.
  • the intensity distribution is relaxed by the light diffusion effect by the columnar lens 123 of the second lens 104, and when viewed from the front direction (Z-axis direction), it appears as a linear light source.
  • the first lens unit 102 in which the lens and the total reflection prism are integrated and the second lens 104 in which the columnar lens array is disposed are spread by the first lens unit 102 in the vertical direction.
  • the second lens 104 forms a light spread in the left-right direction, and the distance between the first lens unit 102 and the second lens 104 is sufficiently separated so that the light source when viewed from the front becomes a line shape. Can be.
  • FIG. 6 shows an enlarged cross-sectional view of another example of the columnar lens 123. As shown in FIG. 6, even when the flat portion 142 is formed at the apex portion of the columnar lens, the same effect is obtained. There is a flat portion 142 on the top of the columnar lens 123. The surface is parallel to the surface of the substrate 116. The columnar lenses 113 are arranged without a gap. The length of the flat portion 142 is the same as the flat portion 117 in FIG.
  • the columnar lens 123 is formed on the LED 101 side of the substrate 116, the opposite side (outside) may be used. Further, the columnar lenses 123 may be disposed on both sides.
  • the cross-sectional shape of the columnar lens 123 may be spherical or aspherical. Except as described above, the configuration is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 3 As a structure of the first lens unit 102, an AA cross section in FIG. 2A is shown in FIG. 2B. The modification is shown in FIG. As shown in FIG. 7, even within the AA cross section, the light that leaks from the LED 101 to the peripheral portion is changed to the front direction by the total reflection surface using the triangular prism 112 and the triangular prism 114, and the fourth lens The spread of light in the vertical direction may be formed by the portion 113 and the fifth lens portion 115.
  • the triangular prisms 112 and 114, the fourth lens portion 113, and the fifth lens portion 115 are integrally formed together with the first lens portion 105.
  • the focal length of the fourth lens portion 113 is substantially the same as the focal length of the first lens portion 105 including the optical path length of the triangular prism 112.
  • the focal position is also almost the same position as the first lens portion 105.
  • the fifth lens portion 115 is substantially the same as the focal length of the first lens portion 105 including the optical path length of the triangular prism 114.
  • the focal position is also almost the same position as the first lens portion 105.
  • the spread angles of the emitted light from the fourth lens portion 113 and the fifth lens portion 115 are substantially the same as those of the first lens portion 105.
  • the fourth lens portion 113, the fifth lens portion 115, the triangular prism 112, and the triangular prism 114 can be added to the first lens unit 102, more light emitted from the LED 101 can be picked up. Can be improved. However, adding the fourth lens portion 113, the fifth lens portion 115, the triangular prism 112, and the triangular prism 114 increases the vertical width of the first lens unit. That is, the line width of the line-shaped light source is increased. Except as described above, the configuration is the same as that of the first embodiment.
  • the provision of the triangular prism 112 and the triangular prism 114 can improve the light loss by about 5 to 20%.
  • FIG. 1 of Embodiment 1 shows a case where the tilt angle ⁇ of the lighting device 100 is large.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the lighting device 100 when the inclination angle ⁇ is small in FIG. 1B.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the illumination device 100 when the inclination angle ⁇ is small.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the first lens unit 102 of FIG.
  • the first lens unit 102 is provided with a triangular prism 121 and a third lens portion 122 in the negative X-axis direction. Thereby, the loss of light from the LED 101 can be reduced.
  • the focal length of the third lens portion 122 is substantially the same as the focal length and focal position of the first lens portion 105 including the optical path length of the triangular prism 121, so that the spread angle of the emitted light of the third lens portion 122 is increased. Is substantially the same as the first lens portion 105.
  • the width of the second lens 104 needs to be wider than that of the first lens unit 102 in order to prevent a loss of light amount. If the width of the second lens is the same as that of the first lens unit, the amount of light emitted from the second lens is slightly reduced. Except as described above, the configuration is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2B.
  • the first lens unit 102, the second lens 104, and a reflection plate 133 having a high reflectance are provided on the side surface therebetween.
  • the reflecting plate 133 for example, a mirror-finished aluminum plate can be arranged.
  • the second lens 104 having the same width as that of the first lens unit 102 can be reduced in width without substantially changing the optical characteristics. Except as described above, the configuration is the same as that of the first embodiment.
  • Embodiment 6 Modification of First Lens Unit 102> If the light loss from the LED 101 can be tolerated, the first lens unit 102 may have only the first lens portion 105 as shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram corresponding to FIG. 1B. Only the shape of the first lens unit 102 is different. Except as described above, the configuration is the same as that of the first embodiment.
  • the first lens unit 102 is formed only by the first lens portion 105. This simplifies the shape and can reduce the product cost.
  • FIGS. 12B and 12C are front views of the second lens 104 (Z-axis direction).
  • the oblique lines indicate the axial direction (longitudinal direction) of the columnar lens 123.
  • the axis of the columnar lens 123 is parallel to the Y-axis direction.
  • the direction is parallel to the Y axis. This is because the light is spread in the direction perpendicular to the Y axis (horizontal plane).
  • the light emitted from the first lens unit 102 is evenly converged at a certain specified angle without directionality, and spreads in the horizontal direction by the second lens 104.
  • the above direction is used to spread light in the horizontal plane direction. Except as described above, the configuration is the same as that of the first embodiment.
  • the first lens unit 102 is arranged in accordance with the shape, straight line, diagonal, and curved shape of the illumination device 100. It is not necessary to match the arrangement direction of the first lens units 102 and the axial direction of the columnar lenses 123.
  • FIG. 13A to FIG. 13D show a modification of the first lens unit.
  • the first lens unit 102 is configured by a spherical lens and a right triangular prism, but this is an example of a configuration different from that.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view of the lighting device 100.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view of the first lens unit 201.
  • FIG. 13C is a cross-sectional view of the first lens unit 201 along AA.
  • FIG. 13D is a cross-sectional view of the first lens unit 201 taken along the line BB.
  • the following is used as the first lens unit 201.
  • a lens surface 206 (lower surface) having a columnar axis in the Y-axis direction and having an aspherical cross section on the XZ surface and a lens surface 207 (upper surface) having a columnar axis in the X-axis direction and having a cross-section on the YZ surface.
  • the 1st lens part 203 which consists of.
  • a prism 205 having a total reflection surface 210 (side surface) having an aspherical cross section on the XZ plane is provided.
  • the lens surface 206 has a columnar axis in the Y-axis direction and collects light in the XZ plane.
  • the lens surface 207 has a columnar axis in the X-axis direction and collects light in the YZ plane.
  • the focal position of the lens surface 207 is in the vicinity of the LED 101 and is arranged at a defocused position so as to be a spread angle in the vertical direction (YZ plane) of the emitted light of the first lens portion 203.
  • the focal position of the lens surface 206 is in the vicinity of the LED 101, and the spread angle in the left-right direction (XZ plane) of the emitted light from the first lens portion 203 is approximately the same as the vertical direction (YZ plane). Arranged at the defocused position.
  • the total reflection surface 210 of the prism 205 has a focal position in the vicinity of the LED 101, and the spread of light in the left-right direction (XZ surface) of the emitted light from the second lens portion 204 is the left-right direction (XZ surface) of the first lens portion 203. ) Is arranged at a defocused position so as to be approximately the same as the extent of.
  • the lens surface 211 has a columnar axis in the X-axis direction and collects light in the vertical direction (YZ surface).
  • the focal position of the lens surface 211 is in the vicinity of the LED 101, and the light spread in the vertical direction (YZ surface) of the emitted light from the lens surface 211 is approximately the same as the vertical direction (YZ surface) of the first lens portion 203. So that they are defocused.
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained. Furthermore, since the directions acting on the light collection on each surface are separated vertically and horizontally, it is possible to easily adjust the spread of light in the up-down direction and the left-right direction.
  • a columnar surface having an axis in the X-axis direction is added to the lens surface 206 to form a toroidal surface, and the lens surface 206 has a slight effect of spreading light in the vertical direction. Fine adjustment of the spread may be possible.
  • a columnar surface having an axis in the Y-axis direction may be inserted into the lens surface 207 to form a toroidal surface, and the lens surface 207 may have a slight light spreading effect in the left-right direction.
  • a columnar surface having an axis in the Y-axis direction may be added to the lens surface 211 to form a toroidal surface, and the lens surface 211 may have a slight light spreading effect in the left-right direction.
  • the LED 101 is used as the light source, an EL element, a halogen lamp, or the like may be used.
  • the second lens 104 is a parallel plate, it may have a curved surface.
  • LED101 was arrange
  • LED may be arrange
  • the light source unit including the LED 101, the first lens unit 102, the LED substrate 103, and the second lens 104 is in the XZ plane (horizontal plane arrangement), but the axis of the columnar lens of the second lens 104 is the Y axis (vertical direction). If the lens center axis 109 is the front direction (Z-axis direction), the light source unit may be arbitrarily arranged at an inclination angle.
  • a combination of a columnar lens and a plane portion without a columnar lens is used.
  • a plane is formed at the apex of the columnar lens.
  • the part may be formed.
  • the cross section may be an aspherical surface such as a parabola or an ellipse, and the second lens portion 107 may be a columnar lens 123.
  • the light amount may be reduced, but the shape of the light source may be shaped with the mask.
  • first lens portion 105, the triangular prism 106, and the second lens portion 107 are integrally formed, they may be formed as separate members and joined with a transparent adhesive having substantially the same refractive index.
  • the first lens portion 105 is an aspherical lens, it may be a spherical lens if uneven illuminance due to an increase in aberration is acceptable.
  • the triangular prism 106 is a right-angle triangular prism and the apex angles are 90 degrees, 45 degrees, and 45 degrees, the apex angles may be changed within a range where total reflection is obtained.
  • the inclined surface of the triangular prism 106 is a total reflection surface, it may be a reflection surface by aluminum or silver deposition. At this time, the reflectance is decreased, but the influence on the dirt can be eliminated.
  • first lens portion 105 and the second lens portion 107 are centrosymmetric lenses, the curvatures in the XZ plane and the YZ plane may be changed.
  • the lighting device attached to the automobile has been described, but it can be used for other purposes. It can also be used as a lighting device attached to a building. This is especially effective when it is necessary to incline at an angle.
  • Embodiments 1 to 7 can be combined as necessary.
  • the daytime running light for a vehicle according to the present invention is a linear light source having high light efficiency and a certain degree of directivity using LEDs, and is suitable for lighting applications such as spot lighting that selects and illuminates only a specific object. Is also applicable.
  • LED array 12 Lens 14
  • Light guide plate 15 Prism 16 Light 100 Illumination device 101 LED 102, 201 First lens unit 103 LED substrate 104 Second lens 105, 203 First lens portion 106 Triangular prism 107, 204 Second lens portion 108, 210 Total reflection surface 109, 110 Lens central axis 111 Front ray 112 Triangular prism 113 Fourth lens portion 114 Triangular prism 115 Fifth lens portion 116 Substrate 117 Planar portion 121 Triangular prism 122 Third lens portion 132 Diagonal ray 123 Columnar lens 124 Columnar lens pitch 125 Columnar lens forming region 133 Reflector 142 Flat portion 150 Automotive 205 Prism 206, 207, 211 Lens surface

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Abstract

　ＬＥＤと、ＬＥＤの上方に設けられた第１レンズユニットと、第１レンズユニットの上方に設けられた柱状レンズと、を含み、第１レンズユニットは、ＬＥＤからの光を受光し、柱状レンズへ向け光を出射し、柱状レンズは、光を外部へ出射する照明装置を用いる。

Description

照明装置およびその照明装置を搭載した自動車
　本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を光源とする車両用灯具、特に昼間において、車両の存在を他の車両のドライバーや歩行者などに視認させる車両用灯具（いわゆる、デイタイムランニングライト（ＤＲＬ）、昼間灯）に関するものである。
　ＤＲＬは現在、欧州などで、規格が制定され、米国などもその規格に準拠するようになってきている。光の広がりは、上下方向（垂直方向）に対して、左右方向（水平方向）に広い広がりを持つ光源が求められている。
　従来の昼間走行ライト（ＤＲＬ）としては、ヘッドライトのハイビームを減光し、配光を昼間走行用となるようにＬＥＤアレイの発光量、発光数を変えている照明装置がある（例えば、特許文献１参照）。図１４は、特許文献１に記載された従来の昼間走行用照明装置を示す図である。
　図１４において、照明装置は、複数のＬＥＤが並べられたＬＥＤアレイ１１と、レンズ１２とを含む。ＬＥＤアレイ１１から出射された光は、レンズ１２でコリメートされる。レンズ１２の光軸に近いＬＥＤからの光は、光軸方向すなわち、正面方向の光となり、レンズ１２の光軸から離れたＬＥＤからの光は、左右方向への光となりレンズ１２から出射される。ＬＥＤアレイ１１の各々のＬＥＤの光量を調整することで、昼間走行ライトの配光としている。
　また、導光板を用い、ライン状の光源を形成するものもある。（例えば、特許文献２参照）。図１５は、特許文献２に記載された従来の昼間走行ライトを示す図である。図１５において、照明装置は、高出力ＬＥＤ１３と、導光板１４とを含む。導光板１４には、その端面に形成されたプリズム１５を有する。
　高出力ＬＥＤ１３の出射光は導光板１４に入射され、導光板１４内を全反射しながら伝播する。導光板１４内を伝播する光は、プリズム１５に入射するとその光の一部がプリズム１５により光路が曲げられ、導光板１４の伝播の全反射条件からはずれ、導光板１４の外部に出射される。導光板１４の全体から光１６を発射する。
特開２０１０－６７４１７号公報 特開２０１１－２９７８１号公報
　本発明は、ＬＥＤと、ＬＥＤの上方に設けられたレンズユニットと、レンズユニットの上方に設けられた柱状レンズと、を含み、レンズユニットは、ＬＥＤからの光を受光し、柱状レンズへ向け光を出射し、柱状レンズは、光を外部へ出射する照明装置である。
　本発明の照明装置によれば、レンズと全反射プリズムを一体化した第１レンズユニットと、柱状レンズとからなり、第１レンズユニットにより一定範囲の上下（垂直）、左右（水平）方向の光に広がりを形成し、第２レンズにより、さらに、左右方向の光の広がりを形成し、第１レンズユニットと柱状レンズとの距離を一定距離離すことで、正面から見たときの光源が均質なライン状となるようにすることができる。
　また、ＬＥＤからの出射光で、レンズに入った光の大部分は、正面方向に出射され、さらに、全反射プリズムにより周辺に漏れる光を低減し、正面方向に照射する光とすることで、効率の高い光源とすることができる。
自動車における照明装置の位置を示す図 実施の形態１における照明装置の断面図 実施の形態１における第１レンズユニットのＸＺ面断面図 実施の形態１における第１レンズユニットのＸＹ面断面図 実施の形態１における第２レンズの断面図 実施の形態１における第２レンズの断面図 Ｚ軸方向から見た、実施の形態１における第２レンズの平面図 実施の形態１における照明装置の断面図 第１レンズユニットと第２レンズと光の重なりの位置関係を示す図 実施の形態１における第１、第２レンズ出射光の左右方向の角度強度分布を示す図 実施の形態１における第１、第２レンズ出射光の上下方向の角度強度分布を示す図 実施の形態１における第２レンズの平面部、および柱状レンズ部出射光の左右方向の角度強度分布を示す図 実施の形態２における第２レンズの断面図 実施の形態３における第１レンズユニットのＹＺ面断面図 実施の形態４における照明装置の断面図 実施の形態４における第１レンズユニットのＸＺ面断面図 実施の形態５における第１レンズユニットのＹＺ面断面図 実施の形態６における照明装置の模式図 本発明の実施の形態７における第２レンズの正面図 本発明の実施の形態７における第２レンズの正面図 本発明の実施の形態７における第２レンズの正面図 実施の形態８における照明装置の断面図 実施の形態８における第１レンズユニットの断面図 図１３Ｂにおける第１レンズユニットのＡＡ面断面図 図１３Ｂにおける第１レンズユニットのＢＢ面断面図 特許文献１に記載された従来の昼間走行用照明装置を示す図 特許文献２に記載された従来の昼間走行用照明装置を示す図
　本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の構成における課題を説明する。従来の構成では、昼間走行ライト用照明装置として、照明装置の外形形状を自由に変えることが困難である。他のドライバー、歩行者から見やすいようにたとえば、車体の前方傾斜部分にライン状に配置するなど配置の自由度が少ない。
　また、導光板を用いた昼間走行用照明装置では、視認性、デザイン性に優れたライン状の光源形成が容易で、配置の自由度も高い。しかし、光効率が低いという課題を有している。ＬＥＤから導光板への入光時のロス、さらに、導光板から光の取り出し時で、大きな光ロスが生じ一般的に非常に効率が低い。
　以下、このような従来の課題を解決する本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本発明は光効率が高く、配置の自由度が高く、視認性、デザイン性にすぐれたライン状に形成できる照明装置を提供することを目的とする。
　（実施の形態１）
　図１Ａは、自動車におけて、実施の形態１の照明装置１００の位置を示す図である。図１Ｂは、実施の形態１における車両用昼間走行用の照明装置１００の断面図である。
　図１Ａは、自動車１５０の先端部分の上面図である。照明装置１００は、前方の左右に配置される。コーナーの斜め部分である。斜めに配置されるが、主面から見て、均質な光を発散する必要がある。また、水平方向により光を広げる必要がある。水平方向に人、他の自動車などがいるためである。
　図１Ａ、図１Ｂにおいて座標軸として、紙面上側をＺ軸方向、右方向をＸ軸方向、紙面奥行き方向をＹ軸方向とする。Ｚ軸方向が正面（自動車の前方、後方）で、Ｙ軸方向が上下（垂直）、Ｘ軸方向が左右となる。図１Ａ、図１Ｂは同じ方向からの図である。
　図１Ｂにおいて、照明装置１００は、ＬＥＤ基板１０３と、ＬＥＤ基板１０３の前方（図では上方）の第１レンズユニット１０２と、第１レンズユニット１０２の前方（図では上方）の第２レンズ１０４とを含む。Ｘ軸（左右）に対して、傾斜角度αで傾いている。
　ＬＥＤ基板１０３には、ＬＥＤ１０１が配置されている。ＬＥＤ１０１は、ＬＥＤ基板１０３上にほぼ等間隔で配置されている。正面方向はＺ軸方向であり、ＬＥＤ基板１０３は、正面に対して傾斜して配置される。図１Ａで示したように正面（Ｚ軸方向）対して斜めに配置される照明装置１００である。
　ＬＥＤ１０１からは、完全拡散光に近い配光の光が出射される。ＬＥＤ１０１の１つに対応して１つの第１レンズユニット１０２を設ける。第１レンズユニット１０２は、ＬＥＤ１０１の出射光を入射光とし、平行光に近い指向性の高い光を出射する。第２レンズ１０４は、ＬＥＤ基板１０３にほぼ平行に配置され、ＬＥＤ１０１側に柱状レンズアレーが形成されている（図３で説明）。柱状レンズ１２３は、軸方向（柱状の長手方向）がＹ軸と平行になるように配置され、ＸＺ面内で光を拡散させる。
　＜第１レンズユニット１０２＞
　図２Ａに第１レンズユニット１０２の構造の断面図を示す。第１レンズユニット１０２は、第１レンズ部分１０５と第２レンズ部分１０７と三角プリズム１０６とを含む。
　第１レンズ部分１０５は、そのレンズ中心軸１０９がＺ軸方向（正面方向）とほぼ平行であり、焦点位置近傍にＬＥＤ１０１の発光面の中心がくるように配置される。
　三角プリズム１０６は、第１レンズ部分１０５の側面に位置する。３つの頂角が９０度、４５度、４５度で形成された三角プリズムである。斜面の全反射で光の光路を変える。
　第２レンズ部分１０７は、三角プリズム１０６の上部、第１レンズ部分１０５の側面に位置する。レンズ中心軸１１０はＺ軸とほぼ平行であり、三角プリズム１０６による光路長および光路の折れ曲がりを考慮した焦点位置近傍にＬＥＤ１０１の発光面の中心がくるように配置される。
　第１レンズ部分１０５、第２レンズ部分１０７は、収差を低減するために、非球面であることが望ましい。第１レンズ部分１０５、三角プリズム１０６、第２レンズ部分１０７は、同じ屈折率を有するガラス、ポリカーボネート、アクリルなどの透明部材で、境界面ができないように一体で形成されている。
　第１レンズ部分１０５および第２レンズ部分１０７の焦点面近傍にＬＥＤ１０１を配置するとしたが、より詳しくは、第１レンズ部分１０５、第２レンズ部分１０７の出射光の広がりが、上下方向（Ｚ軸方向）の規定値となる光の広がりとなるようにディフォーカスさせて配置する。
　第１レンズユニット１０２のＸ軸方向の幅は、Ｚ軸方向から見たときのＬＥＤピッチＰと同じかそれよりわずかに大きくなる大きさで、Ｚ軸方向から見たときに、第１レンズユニット１０２間の隙間が無く配置される。
　第１レンズ部分１０５、第２レンズ部分１０７は、その左右方向（Ｘ軸方向）は、Ｘ軸に垂直にカットされて形状となっている。ＬＥＤ１０１の光が届かない、または、少ない領域である。また、隣の第１レンズユニット１０２との重なる部分（Ｚ軸から見て）がカットされている。
　図２Ｂは、第１レンズユニット１０２の第１レンズ部分１０５の中心軸を通るＡ－Ａでの断面（ＹＺ面）を示している。ＬＥＤ１０１の光が、一定規定の範囲に集光されていることがわかる。
　＜第２レンズ＞
　図３Ａに第２レンズ１０４の模式断面図を示す。第２レンズ１０４は、基板１１６と柱状レンズ１２３とを含む。基板１１６は、厚み一定で、ガラス、ポリカーボネート、アクリル等の透明基板である。基板１１６のＬＥＤ１０１側（Ｚ軸負方向）に柱状レンズ１２３が配置され、柱状レンズ１２３の柱状軸（中心軸）はＹ軸と平行に形成されている。柱状レンズ１２３は等間隔で配置され、柱状レンズピッチ１２４に対して、柱状レンズ形成領域１２５がわずかに小さくなるように配置される。
　つまり、基板１１６には、柱状レンズ１２３が形成されない平面部１１７がある。柱状レンズ形成領域１２５に対して、平面部１１７を設けることで、第２レンズ１０４による光の広がりの効果が小さくできる。結果、ＸＹ面内での光の広がりを小さくし、Ｚ軸方向の光量を多くすることができる。しかし、平面部１１７を大きくしすぎると、ＸＹ面内（左右方向）への光の広がりが狭くなりすぎてしまうため、柱状レンズピッチ１２４に対する平面部１１７の割合は、概ね１～２０％となるようにする。
　なお、柱状レンズ１２３の柱状軸が、Ｚ軸回りにわずかに回転するように、第２レンズ１０４をＬＥＤ基板１０３に対して回転させてもよい。第２レンズ１０４の出射光の分布を調整できるからである。つまり、ＬＥＤ１０１の並びの線に対して、柱状軸が垂直でなく、以下の角度傾く。
　次に、第２レンズ１０４をＺ軸周りに回転させるとよいことを説明する。図３Ｂ、図３Ｃは、Ｚ軸方向から見た、第２レンズ１０４である。図３Ｂでは、回転なしの状態、図３Ｃでは、Ｚ軸に対して回転角φで回転された状態を示す。
　柱状レンズ１２３の柱状軸をＺ軸回りに微小量、回転角φ、回転させることで、ＸＺ面内における第２レンズ１０４の柱状レンズピッチ１２４は、回転角φの回転後１／ｃｏｓφ倍となり、見かけ上広くなる。
　結果、柱状レンズ１２３の曲率半径が大きくなり、第２レンズ１０４によるＸＺ面内での光の広がり効果が小さくなる。したがって、ＸＺ面内（左右方向）への光の広がりをわずかに狭くし、Ｚ軸方向の光量を増やしたいときの光学調整として用いることができる。
　ただし、柱状レンズ１２３の柱状軸のＺ軸回りの回転量を大きくしすぎると、ＹＺ面内（上下方向）にも広がり成分が生じ、光の広がりに歪が生じため、調整量としては、０～１０度程度までとするのがよい。好ましくは、０～５度までがよい。
　ここで、柱状レンズ１２３は、図１Ｂ、図３Ａに示すように、円柱状レンズ、円筒レンズが好ましい。ただし、円柱形状、円筒形状で、一部が径方向に膨らんだものでもよい。また、断面が多角形状でもよい。角数が５角形以上が好ましい。
　＜動作＞
　上記のように構成された昼間走行照明装置の動作について、図２Ａを用いて説明する。
　ＬＥＤ１０１からＺ軸方向（正面方向）に出射された正面光線１１１は、図２Ａに示すように第１レンズユニット１０２に入射する。第１レンズ部分１０５の焦点位置近傍にＬＥＤ１０１の発光面中心が配置されているので、第１レンズ部分１０５を出射する正面光線１１１は上下方向（Ｙ軸方向）に規定された広がりを持つ光となる。
　同様にＬＥＤ１０１から出射され図の右斜め上方向（Ｚ軸からＸ軸方向に傾斜した方向）の成分を持つ斜め光線１３２は、三角プリズム１０６に入射する。三角プリズム１０６に入射した光は、プリズム斜面（全反射面１０８）で全反射し、第２レンズ部分１０７に入射する。第２レンズ部分１０７の焦点位置近傍にＬＥＤ１０１の発光面中心が配置されているので、第２レンズ部分１０７を出射する斜め光線１３２は上下方向（Ｙ軸方向）の規定された広がりを持つ光となる。
　第１レンズユニット１０２から出射した光は、上下方向（ＹＺ面内）、左右方向（ＸＺ面内）の光の広がりは規定値となっている。第１レンズユニット１０２を出射した光は第２レンズ１０４により左右方向（ＸＺ面内）に対して、柱状レンズ１２３により光の広がり角が広い規定値となるように増やされる。
　＜第１、２レンズの間隔＞
　第２レンズ１０４と第１レンズユニット１０２との間隔Ｌを、図４Ａ、図４Ｂを使用して説明する。
　図４Ａは、照明装置１００の断面図である。図１Ｂに相当する図である。図４Ｂは、図４Ａでの第１レンズユニット１０２と第２レンズ１０４との位置関係を示す拡大図である。
　第２レンズ１０４と、第１レンズユニット１０２との間隔は、Ｚ軸方向から見たときに、Ｘ軸方向に光がつながって見えるためには、第２レンズ１０４上で、隣接する第１レンズユニット１０２間の光の重なり幅Ｗが少なくともＬＥＤピッチＰの１／４以上必要と考えられる（式１）。
　照明装置１００を見た時、連続したライン状の光源と見えるようにするためには、第１レンズユニット１０２からの光が第２レンズ１０４上である程度重なっている必要がある。重なりがない場合、第１レンズユニット１０２間の隙間が暗くみえるため、少なくとも１／１０以上、好ましくは１／４以上の重なりが望ましい。
　第１レンズユニット１０２からの光の広がり角の半値半角をθとし、Ｘ軸方向のＬＥＤピッチをＰ、Ｚ軸方向における第１レンズユニットと第２レンズ間の距離を間隔Ｌ、光の重なり幅Ｗとすると、式２の関係となる。
Ｗ＞Ｐ／４・・・・・（式１）
Ｗ＝２×ｔａｎθ×Ｌ・・・（式２）
式（１）（２）より、２×ｔａｎθ×Ｌ＞Ｐ／４・・・・（式３）
となる。結果、第１レンズユニット１０２と第２レンズ１０４との間隔Ｌは、
Ｌ＞Ｐ／（８×ｔａｎθ）・・・・・（式４）
となる。たとえば、第１レンズユニット１０２の半値半角が７度、Ｘ軸方向のＬＥＤピッチが１０ｍｍのとき、第１レンズユニット１０２と第２レンズ１０４との距離Ｌは、Ｌ＞１０／（８×ｔａｎ７°）≒１０．２ｍｍとなり、少なくとも１０．２ｍｍ以上の距離をおいて設置する。
　＜光の進行方向＞
　図５Ａ～図５Ｃに光の広がり方の分布図を示す。図５Ａは、左右方向（ＸＺ面内）の光の広がりを示す。第１レンズユニット１０２の出射光に対して、第２レンズ１０４の出射光では、広がり角が広い。
　図５Ｂは、上下方向（ＹＺ面内）の光の広がりを示す。上下方向（ＹＺ面内）の光の広がりは、第１レンズユニット１０２で規定値の広がりとし、第２レンズ１０４ではそのまま光を透過させる。第２レンズ１０４の柱状レンズ１２３は、隙間を空けて等間隔で配置されている。
　図５Ｃは、第２レンズ１０４の柱状レンズ１２３と平面部１１７のそれぞれ、および、それらを合成したものに関して、左右方向（ＸＺ面内）の光の広がりを示す。柱状レンズ１２３が無い平面部１１７を透過する光は、第１レンズユニット１０２の出射光と同じ広がり角の狭い光である。一方、柱状レンズ１２３を通った光は広がり角が広くなる。この２つの光を重ね合わせて（合成して）左右方向（ＸＺ面内）の光の広がりを形成することとなる。
　光の角度分布で、正面方向（Ｚ軸方向）に特に光強度が必要なため、柱状レンズ１２３と柱状レンズのない平面部１１７を通る光を組み合わせることで、角度分布の調整を容易に行うことができる。
　第１レンズユニット１０２から出射した光は、広がり角を持つため、第２レンズ１０４面上で隣り合う第１レンズユニット１０２間の光が重なり合うことになる。第２レンズ１０４の柱状レンズ１２３により光拡散効果で、強度分布が緩和され、正面方向（Ｚ軸方向）から見たときに、ライン状の光源に見えこととなる。
　＜効果＞
　かかる構成によれば、レンズと全反射プリズムを一体化した第１レンズユニット１０２と、柱状レンズアレーが配置された第２レンズ１０４とからなり、第１レンズユニット１０２により上下方向の光に広がりを形成し、第２レンズ１０４により左右方向の光の広がりを形成し、第１レンズユニット１０２と第２レンズ１０４との距離を十分離すことで、正面から見たときの光源がライン状となるようにすることができる。
　また、ＬＥＤ１０１からの出射光で、レンズに入った光の大部分は、正面方向に出射され、さらに、全反射プリズムにより周辺に漏れる光を低減し、正面方向に照射する光とすることで、効率の高い光源となる。
　（実施の形態２）＜柱状レンズ１２３＞
　柱状レンズ１２３を凸形状としたが、凹形状としても光学特性としてはほぼ同じ効果が得られる。図６に柱状レンズ１２３の別の例の拡大断面図を示す。図６のように、平坦部分１４２を柱状レンズの頂点部分に形成しても同様な効果となる。柱状レンズ１２３の頂上に平坦部分１４２がある。基板１１６の面と平行な面である。柱状レンズ１１３間は、隙間なく配置されている。平坦部分１４２の長さは、図３での平面部１１７と同じである。
　なお、柱状レンズ１２３を基板１１６のＬＥＤ１０１側に形成したが、逆側（外側）でもかまわない。また、両側に柱状レンズ１２３を配置してもよい。
　なお、柱状レンズ１２３の断面形状は、球面あるいは、非球面形状としてもよい。上記に示した以外は、実施の形態１と同じ構成である。
　（実施の形態３）＜第１レンズユニットの変形、Ｙ軸方向＞
　第１レンズユニット１０２の構造として、図２ＡにおけるＡ－Ａ断面を図２Ｂに示した。その変形例を図７に示す。図７に示すように、Ａ－Ａ断面内においても、ＬＥＤ１０１から周辺部分へ漏れる光を、三角プリズム１１２、三角プリズム１１４を用いて全反射面により正面方向に光の方向を変え、第４レンズ部分１１３、第５レンズ部分１１５により、上下方向の光の広がりを形成するようにしてもよい。
　三角プリズム１１２，１１４、および第４レンズ部分１１３，第５レンズ部分１１５は、第１レンズ部分１０５と一緒に一体化で形成される。第４レンズ部分１１３の焦点距離は、三角プリズム１１２の光路長を含めて、第１レンズ部分１０５の焦点距離とほぼ同じである。焦点位置も第１レンズ部分１０５とほぼ同じ位置である。
　第５レンズ部分１１５についても同様に、三角プリズム１１４の光路長を含めて、第１レンズ部分１０５の焦点距離とほぼ同じである。焦点位置も第１レンズ部分１０５とほぼ同じ位置である。結果、第４レンズ部分１１３および第５レンズ部分１１５の出射光の広がり角は、第１レンズ部分１０５とほぼ同じとなる。
　第１レンズユニット１０２に、第４レンズ部分１１３，および第５レンズ部分１１５、三角プリズム１１２、および三角プリズム１１４を付加することで、ＬＥＤ１０１からの出射光をより多く拾うことができるため、光効率を向上させることができる。ただし、第４レンズ部分１１３，および第５レンズ部分１１５、三角プリズム１１２、および三角プリズム１１４を追加することで、第１レンズユニットの上下方向の幅が大きくなってしまう。すなわち、ライン状の光源のライン幅が太くなる。上記に示した以外は、実施の形態１と同じ構成である。
　第１レンズ部分１０５の開口径、焦点距離にもよるが、三角プリズム１１２、および三角プリズム１１４を設けることにより、概ね５～２０％程度の光ロスを改善できる。
　（実施の形態４）＜第１レンズユニット１０２の変形、Ｘ軸方向＞
　実施の形態１の図１では、照明装置１００の傾斜角αが大きい時を示している。図８は、図１Ｂで、傾斜角度αが小さい時の照明装置１００の断面図を示している。
　傾斜角αが概ね０から３０度程度のときはＬＥＤ１０１の光は、Ｘ軸正側、負側の両側に出やすいので、両側に三角プリズムを配置した図８の例が望ましい。
　一方、実施の形態１の図１Ｂのように傾斜角度αが大きい時（３０度より大きい時）は、光が出やすい側のみに三角プリズムを配置するのが望ましい。図１では、Ｘ軸負方向へのＬＥＤ１０１の出射光が少ないため、Ｘ軸負側の三角プリズムおよびレンズを設けていない。
　図８は、傾斜角αが小さい時の照明装置１００の断面図である。図９は、図８の第１レンズユニット１０２の断面図である。
　第１レンズユニット１０２には、Ｘ軸負方向にも三角プリズム１２１、第３レンズ部分１２２を設けた。このことにより、ＬＥＤ１０１からの光のロスを低減することができる。
　第３レンズ部分１２２の焦点距離は、三角プリズム１２１の光路長を含めて、第１レンズ部分１０５の焦点距離、焦点位置とほぼ同じとすることで、第３レンズ部分１２２の出射光の広がり角は、第１レンズ部分１０５とほぼ同じとなる。
　なお、ＹＺ面内でみると第１レンズユニット１０２からの出射光は広がりを持つため、光量のロスを防ぐためには、第２レンズ１０４の幅は第１レンズユニット１０２より広くする必要がある。第２レンズの幅を第１レンズユニットと同じ幅とすると、第２レンズ出射光の光量が若干低下する。上記に示した以外は、実施の形態１と同じ構成である。
　（実施の形態５）＜反射板を用いた例＞
　図１０は、図２Ｂに相当する断面図である。図１０に示すように、第１レンズユニット１０２、第２レンズ１０４、その間の側面に高い反射率の反射板１３３を設けている。反射板１３３としては、たとえば、鏡面化したアルミ板を配置することができる。第１レンズユニット１０２と同じ幅の第２レンズ１０４としても光学特性をほとんど変化させずに幅を小さくすることができる。上記に示した以外は、実施の形態１と同じ構成である。
　（実施の形態６）＜第１レンズユニット１０２の変形例＞
　なお、ＬＥＤ１０１からの光ロスを許容できるなら、図１１に示すように、第１レンズユニット１０２として、第１レンズ部分１０５のみの構成としてもよい。図１１は、図１Ｂに対応する図である。第１レンズユニット１０２の形状のみ異なる。上記に示した以外は、実施の形態１と同じ構成である。
　第１レンズユニット１０２を、第１レンズ部分１０５のみで形成する。このことで、形状が簡素になり、製品コストの低減を図ることができる。
　（実施の形態７）＜柱状レンズ１２３の方向＞
　図１２Ａ～図１２Ｃは、第２レンズ１０４の正面図（Ｚ軸方向）である。斜線は、柱状レンズ１２３の軸方向（長手方向）を示す。図１Ａなどで説明したように、柱状レンズ１２３は、その軸がＹ軸方向と平行である。図１２Ｂ、図１２Ｃのように照明装置が斜めやカーブ形状であった場合でも、Ｙ軸に平行方向である。光をＹ軸に垂直方向（水平面）に広げるためである。
　第１レンズユニット１０２から出射される光は、方向性なく均等に一定規定角に収束し、第２レンズ１０４で水平方向へ広げる。照明装置１００が自動車につけられた場合に、水平面方向へ光を広げるために上記方向となっている。上記に示した以外は、実施の形態１と同じ構成である。
　なお、第１レンズユニット１０２は、照明装置１００の形状、直線、斜め、カーブ形状に合わせて配列される。第１レンズユニット１０２の配列方向と、柱状レンズ１２３の軸方向とは、合わせる必要がない。
　（実施の形態８）＜第１レンズユニット１０２の変形＞
　図１３Ａから図１３Ｄに第１レンズユニットの変形を示す。前の実施の形態では、第１レンズユニット１０２を球面レンズと直角三角プリズムで構成したが、それとは異なる構成の例である。図１３Ａは、照明装置１００の断面図である。図１３Ｂは、第１レンズユニット２０１の断面図である。図１３Ｃは、第１レンズユニット２０１のＡ－Ａ断面図である。図１３Ｄは、第１レンズユニット２０１のＢ－Ｂ断面図である。
　図１３Ｂに示すように、第１レンズユニット２０１として、以下のものを用いる。Ｙ軸方向に柱状軸を有し、ＸＺ面の断面が非球面のレンズ面２０６（下面）と、Ｘ軸方向に柱状軸を有し、ＹＺ面の断面が非球面のレンズ面２０７（上面）からなる第１レンズ部分２０３を有する。
　さらに、ＸＺ面の断面が非球面形状の全反射面２１０（側面）を有するプリズム２０５を有する。さらに、Ｘ軸方向に柱状軸を有し、ＹＺ面の断面が非球面のレンズ面２１１（上面）からなる第２レンズ部分２０４と、を有する。
　レンズ面２０６は、柱状軸がＹ軸方向にあり、ＸＺ面内での光を集光する。レンズ面２０７は、柱状軸がＸ軸方向にあり、ＹＺ面内での光を集光する。レンズ面２０７の焦点位置は、ＬＥＤ１０１の近傍にあり、第１レンズ部分２０３の出射光の上下方向（ＹＺ面）の広がり角となるようにディフォーカスした位置に配置される。
　また、レンズ面２０６の焦点位置は、ＬＥＤ１０１の近傍にあり、第１レンズ部分２０３の出射光の左右方向（ＸＺ面）の広がり角が、上下方向（ＹＺ面）と同程度になるように、ディフォーカスした位置に配置される。
　プリズム２０５の全反射面２１０は、焦点位置がＬＥＤ１０１近傍にあり、第２レンズ部分２０４の出射光の左右方向（ＸＺ面）での光の広がりが、第１レンズ部分２０３の左右方向（ＸＺ面）の広がりと同程度になるようにディフォーカスした位置に配置される。
　レンズ面２１１は、柱状軸がＸ軸方向にあり、上下方向（ＹＺ面）の光を集光する。レンズ面２１１の焦点位置は、ＬＥＤ１０１の近傍にあり、レンズ面２１１の出射光の上下方向（ＹＺ面）の光の広がりは、第１レンズ部分２０３の上下方向（ＹＺ面）と同程度となるようにディフォーカスして配置される。
　このように構成された第１レンズユニット２０１を用いることで、実施の形態１と同様な効果が得られる。さらに、各面での集光に作用する方向が上下、左右に分離していることから、上下方向、左右方向への光の広がりの調整を容易に行えるようになる。
　なお、レンズ面２０６にＸ軸方向に軸を持つ柱状面を入れてトロイダル面とし、上下方向の光の広がりの作用をレンズ面２０６に若干持たせて、レンズ面２０６においても上下方向の光の広がりの微調整ができるようにしてもよい。同様に、レンズ面２０７にＹ軸方向に軸を持つ柱状面をいれてトロイダル面とし、左右方向の光の広がりの作用をレンズ面２０７に若干持たせてもよい。同様に、レンズ面２１１にＹ軸方向に軸を持つ柱状面をいれてトロイダル面とし、左右方向の光の広がりの作用をレンズ面２１１に若干持たせてもよい。
　＜全体を通しての変形例＞
　なお、光源としてＬＥＤ１０１を用いたが、ＥＬ素子、ハロゲンランプなどを用いてもよい。
　なお、第２レンズ１０４は平行平板としているが、曲面がついていてもよい。
　なお、ＬＥＤ１０１は平板のＬＥＤ基板１０３に直線状に配置したが、フレキ基板にＬＥＤを配置し、曲線となるようにしてもよい。
　なお、ＬＥＤ１０１，第１レンズユニット１０２、ＬＥＤ基板１０３、第２レンズ１０４からなる光源ユニットをＸＺ面内（水平面配置）としたが、第２レンズ１０４の柱状レンズの軸をＹ軸（上下方向）と平行とし、レンズ中心軸１０９が正面方向（Ｚ軸方向）とするとで、光源ユニットを任意に傾斜角で配置してもかなわない。
　なお、コストアップになるが、三角プリズム１０６の全反射面１０８を除く、第１レンズユニット、第２レンズに反射防止膜または、微細構造による反射防止を形成することで、１面当たり、約４％、４面合計で１６％程度の光強度を向上することができる。
　なお、第２レンズで左右方向（ＸＺ面内）の光の広がりの調整を行うために、柱状レンズと柱状レンズのない平面部分との組み合わせを用いたが、たとえば、柱状レンズの頂点部に平面部を形成したものでもよい。
　なお、第１レンズユニット１０２における三角プリズム１０６の全反射を平面としたが、断面が放物線、楕円などの非球面とし、第２レンズ部分１０７を柱状レンズ１２３としてもよい。
　なお、第２レンズ１０４の出射面にマスクを配置し、開口制限を行うことで、光量は低下するが光源の形状をマスクで整形をしてもよい。
　なお、第１レンズ部分１０５、三角プリズム１０６、第２レンズ部分１０７は一体で形成されるとしたが、別部材で作成し、ほぼ同じ屈折率の透明接着剤で接合してもよい。
　なお、第１レンズ部分１０５を非球面レンズとしたが、収差の増加による照度ムラが許容できるならば、球面レンズとしてもよい。
　なお、三角プリズム１０６を直角三角プリズムとし、頂角を９０度、４５度、４５度としたが、全反射が得られる範囲で、頂角を変えてよい。
　なお、三角プリズム１０６の斜面を全反射面としたが、アルミや銀蒸着などで反射面としてもよい。このとき、反射率は、低下するが、汚れに対して影響がなくすことができる。
　なお、第１レンズ部分１０５、第２レンズ部分１０７は、中心対称のレンズとしたが、ＸＺ面内とＹＺ面内の曲率を変えてもよい。
　なお、上記例として、自動車へ付属させる照明装置で説明したが、それ以外にも利用できる。照明装置として、建物に付属させるものなどにも利用できる。斜めに傾斜させて設置必要な場合に特に有効である。
　上記実施の形態１～７は、必要に応じて組み合わせることができる。
　本発明の車両用昼間走行ライトは、ＬＥＤを用いて光効率が高く、ある程度の指向性のあるライン状の光源であり、特定の対象物のみを選択して照明するスポット照明等の照明用途にも適用できる。
　　１１　ＬＥＤアレイ
　　１２　レンズ
　　１４　導光板
　　１５　プリズム
　　１６　光
　　１００　照明装置
　　１０１　ＬＥＤ
　　１０２，２０１　第１レンズユニット
　　１０３　ＬＥＤ基板
　　１０４　第２レンズ
　　１０５，２０３　第１レンズ部分
　　１０６　三角プリズム
　　１０７，２０４　第２レンズ部分
　　１０８，２１０　全反射面
　　１０９，１１０　レンズ中心軸
　　１１１　正面光線
　　１１２　三角プリズム
　　１１３　第４レンズ部分
　　１１４　三角プリズム
　　１１５　第５レンズ部分
　　１１６　基板
　　１１７　平面部
　　１２１　三角プリズム
　　１２２　第３レンズ部分
　　１３２　斜め光線
　　１２３　柱状レンズ
　　１２４　柱状レンズピッチ
　　１２５　柱状レンズ形成領域
　　１３３　反射板
　　１４２　平坦部分
　　１５０　自動車
　　２０５　プリズム
　　２０６，２０７，２１１　レンズ面

Claims (20)

  1. ＬＥＤと、
    前記ＬＥＤの上方に設けられたレンズユニットと、
    前記レンズユニットの上方に設けられた柱状レンズと、を含む照明装置。
  2. 前記レンズユニットは、
    第１レンズ部分と、
    前記第１レンズ部分の第１側面において、前記ＬＥＤ側に位置する第１プリズムと、
    前記第１レンズ部分の前記第１側面において、前記柱状レンズ側で、前記第１プリズムに隣接して位置する第２レンズ部分と、
    を含む請求項１記載の照明装置。
  3. 前記第１側面が位置する方向に、複数の前記ＬＥＤと複数の前記レンズユニットを設けた請求項２記載の照明装置。
  4. 前記柱状レンズは、複数あり、１列に配置され、前記複数の柱状レンズ間に隙間がある請求項１記載の照明装置。
  5. 前記隙間の領域の全面積は、全柱状レンズの領域の面積の１～２０％である請求項４記載の照明装置。
  6. １つの前記レンズユニットの射出光が、複数の前記柱状レンズへ入射される請求項１記載の照明装置。
  7. 複数の前記柱状レンズの円筒中心軸は、鉛直方向である請求項１記載の照明装置。
  8. 前記ＬＥＤは複数あり、１列に配置され、前記並びの方向と、
    前記柱状レンズの中心軸とは、垂直からずれている請求項７記載の照明装置。
  9. 前記垂直からのずれの角度は、５度までである請求項８記載の照明装置。
  10. 前記ＬＥＤは複数あり、１列に配置され、
    複数の前記ＬＥＤのそれぞれ１つに、１つの前記レンズユニットが配置された請求項１に記載の照明装置。
  11. 前記レンズユニットは、さらに、
    前記第１レンズ部分において、前記第１側面に対向する第２側面のＬＥＤ側に、位置する第２プリズムと、
    前記第１レンズ部分の前記第２側面において、柱状レンズ側で、前記第２プリズムに隣接して位置する第３レンズ部分と、を有する請求項２に記載の照明装置。
  12. 前記第１レンズ部分の前記第１側面と前記第２側面とを結ぶ方向は、前記複数のＬＥＤの配列方向である請求項１１記載の照明装置。
  13. 前記レンズユニットは、さらに、
    前記第１レンズ部分において、前記第１側面と垂直な第３側面で、前記ＬＥＤ側に位置する第３プリズムと、
    前記第１レンズ部分の前記第３側面で、前記柱状レンズ側に位置し、前記第３プリズムに隣接する第４レンズ部分と、を含む請求項２記載の照明装置。
  14. 前記第１レンズ部分において、前記第３側面と対向する第４側面の前記ＬＥＤ側に、位置する第４プリズムと、
    前記第４側面の前記柱状レンズ側で、前記第４プリズムに隣接する第５レンズ部分と、
    含む請求項１３記載の照明装置。
  15. 前記第１レンズ部分と前記第２レンズ部分とは、球面レンズであり、
    前記第１プリズムは、三角プリズムである請求項２に記載の照明装置。
  16. 前記第１レンズ部分と前記第２レンズ部分とは、非球面レンズであり、
    前記第１プリズムは、非球面を有するプリズムである請求項２に記載の照明装置。
  17. 前記レンズユニットと前記柱状レンズとの距離Ｌ、前記ＬＥＤのピッチＰ、前記レンズユニットからの光の広がり角の半値半角θとした場合に、以下の関係である請求項１に記載の照明装置。
    Ｌ＞Ｐ／（８×ｔａｎθ）
  18. 前記柱状レンズが、円柱レンズ、または、円筒レンズである請求項１から１７のいずれか１項に記載の照明装置。
  19. 請求項１から１８のいずれか１項に記載された前記照明装置を搭載した自動車であり、前記自動車の正面から見て、前記照明装置の前記レンズユニットが隙間無く配置されている自動車。
  20. 請求項１から１８のいずれか１項に記載された前記照明装置を搭載した自動車であり、前記照明装置は、前記自動車の正面と側面とに渡って設けられている自動車。
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