Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
LIGHT BEAM ADDER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/157098
Kind Code:
A1
Abstract:
A light beam adder which is compact in a radial direction with respect to a principal optical axis and capable of producing high-intensity light beams without limitation on the wavelengths of light beams emitted from light sources used. A reflecting mirror (M1) having a through-hole (M11) in the center of a reflecting surface (M12) formed on the surface thereof is disposed such that the central axis of the through-hole (M11) is aligned with a principal optical axis (L) and such that the reflecting surface (M12) is inclined with respect to the principal optical axis (L). A first light source (1) for emitting a first light beam whose optical axis (L1) is aligned with the principal optical axis (L) from the rear side to the front side of the reflecting mirror (M1) is provided. A second light source (2) for emitting a second light beam with a low-light intensity region in its central portion and a high-light intensity region in its peripheral portion is provided apart from the principal optical axis (L). The low-light intensity region of the second light beam is directed to the through-hole (M11); the high-light intensity region is directed to the reflecting surface (M12). The second light beam reflected by the reflecting surface (M12) travels together with the first light beam, with its optical axis (L2) aligned with the principal optical axis (L).

Inventors:
SUZUKI, Fumio (3-16, Ooekitakutsukake-cho 2-chome Nishikyo-ku, Kyoto-sh, Kyoto 01, 61011, JP)
鈴木 文雄 (〒01 京都府京都市西京区大枝北沓掛町2丁目3-16 Kyoto, 61011, JP)
NODA, Kazuhiro (Kyodai-katsura Venture Plaza. 3F 1-36, Ohara, Goryou, Nishikyo-ku, Kyoto-sh, Kyoto 45, 61582, JP)
Application Number:
JP2008/062685
Publication Date:
December 30, 2009
Filing Date:
July 14, 2008
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ABEL Systems Incorporation (Kyodai-katsura Venture Plaza. 3F, 1-36 Ohara, Goryou, Nishikyo-ku, Kyoto-sh, Kyoto 45, 61582, JP)
アーベル・システムズ株式会社 (〒45 京都府京都市西京区御陵大原1番地36 京大桂ベンチャープラザ3F Kyoto, 61582, JP)
SUZUKI, Fumio (3-16, Ooekitakutsukake-cho 2-chome Nishikyo-ku, Kyoto-sh, Kyoto 01, 61011, JP)
鈴木 文雄 (〒01 京都府京都市西京区大枝北沓掛町2丁目3-16 Kyoto, 61011, JP)
International Classes:
F21S8/10; F21S2/00; F21V7/00; F21V13/00; F21V17/00; F21Y101/02
Foreign References:
JP2001027781A
JP2000321529A
JP2003035883A
JP2005346109A
JP2007294337A
Attorney, Agent or Firm:
SATO, Akiko (3F Karasumanijyo Bldg, 267 Makieya-cho, Nijyo-agaru, Karasuma-dori, Nakagyo-ku, Kyoto-cit, Kyoto 57, 60408, JP)
Download PDF:
Claims:
 表面に形成した反射面の中央に貫通孔を有する反射鏡を、該貫通孔の中心軸線が主光軸に合致し、かつ前記反射面が主光軸に対して傾斜するように配置する一方、
 前記主光軸と光軸が合致する第1光を前記反射鏡の裏面側から表面側に向かって射出する第1光源を設けるとともに、中心部に低光量領域が形成され周辺部に高光量領域が形成された第2光を射出する第2光源を主光軸から偏位した部位に設け、
 前記第2光の低光量領域が貫通孔に、高光量領域が反射面にそれぞれ照射されるとともに、反射面で反射した第2光が、その光軸を前記主光軸と合致させて第1光とともに進行するように構成していることを特徴とする光加算装置。
 前記第1光源が、第1発光素子と、前記第1発光素子から射出された前記第1光の光束を前記貫通孔の大きさに収束させる第1光学素子とを備えたものである請求項1記載の光加算装置。
 前記第2光源が、第2発光素子と、前記第2発光素子から射出された前記第2光に前記低光量領域及び前記高光量領域を形成する第2光学素子と、を備えたものである請求項1記載の光加算装置。
 前記第2光学素子が、中央部に凹部を有した凸レンズである請求項3記載の光加算装置。
 前記第2発光素子の配光特性が、中心部が低光量であり、周辺部が高光量のものである請求項3記載の光加算装置。
 前記高光量領域に前記第2光の全ての光量がある請求項1記載の光加算装置。
 前記反射鏡が主光軸に沿って複数設けられ、それぞれの反射鏡に対応して、その反射面に光を射出する光源が設けてあり、その光は中心部に低光量領域が形成され周辺部に高光量領域が形成されており、低光量領域は貫通孔に、高光量領域が反射面に照射されるとともに、反射面で反射した光が、その光軸を前記主光軸と合致させて前記第1光とともに進行するように構成している請求項1記載の光加算装置。
 前記第1発光素子がLEDである請求項2記載の光加算装置。
 前記第2発光素子がLEDである請求項3記載の光加算装置。
 請求項1記載の光加算装置を1ユニットとして、同一平面上に複数並べた照明装置。
 請求項1記載の光加算装置を用いたヘッドライト。
Description:
光加算装置

 この発明は、複数の光源から射出された の光軸を合致させ、ともに進行させる光加 装置に関するものである。

 従来、特許文献1に示されるように、複数 のLEDを同一面上に密集させて配置し、それぞ れのLEDから射出された光の進行方向を同じ方 向に揃えて高光量の光源としたものが知られ ている。

 しかしながら、LEDを密集させて配置する 、LEDから発生した熱がこもってしまい発光 率が低下したり、故障が発生したりするな の問題が生じてしまう。また、より高光量 光源とするためには、より多くのLEDを面上 並べて配置する必要があるので、光源自体 光軸を基準としたラジアル方向に大きくな てしまう。そのため、高光量を必要とし、 軸を基準としたラジアル方向のスペースが られている用途にこのような光源を適用す ことは難しい。

 また、特許文献2に示されるように、ある 波長の第1光を射出する第1LEDと、前記第1LEDと は異なる波長の第2光を射出し、その光軸が 1LEDの光軸と直交するように配置された第2LED と、それらの光軸の交点に、それぞれの光軸 に対して傾けて配置されたダイクロイックミ ラーとを備えた光加算装置がある。このもの は、ダイクロイックミラーによって、第1LED らの第1光は透過させ、第2LEDからの第2光は 射させることによって、第1光と第2光の光軸 を合致させ、ともに進行させて高光量の光を 作る。

 しかしながら、ダイクロイックミラーに って効率よく光を透過させたり、反射させ りするには適切な波長の光をダイクロイッ ミラーの透過面及び反射面入射させる必要 あり、それぞれ異なる波長の光を射出するL EDを複数種類用意しなくてはならない。つま 、同一波長の光を加算させていくことがで ない。

 また、仮に適切な波長の光をダイクロイッ ミラーに入射させたとしても、透過面に入 した光のかなりの部分は反射され、反射面 入射した光のかなりの部分は透過してしま ので、高効率で高光量の光を作ることは難 い。

特開2005-108544号公報

特開2006-139044号公報

 本願発明は上記のような問題点を鑑み、 源の放熱を好適に行うことができ、使用す 光源から射出される光の波長が限定される となく、主光軸を基準としたラジアル方向 コンパクトで、高光量の光を作ることがで る光加算装置を提供することを目的とする

 すなわち、本発明に係る光加算装置は、 面に形成した反射面の中央に貫通孔を有す 反射鏡を、該貫通孔の中心軸線が主光軸に 致し、かつ前記反射面が主光軸に対して傾 するように配置する一方、前記主光軸と光 が合致する第1光を前記反射鏡の裏面側から 表面側に向かって射出する第1光源を設ける ともに、中心部に低光量領域が形成され周 部に高光量領域が形成された第2光を射出す 第2光源を主光軸から偏位した部位に設け、 前記第2光の低光量領域が貫通孔に、高光量 域が反射面にそれぞれ照射されるとともに 反射面で反射した第2光が、その光軸を前記 光軸と合致させて第1光とともに進行するよ うに構成していることを特徴とする。

 このようなものであれば、前記主光軸と 軸が合致する第1光は、反射鏡の中央の貫通 孔を通って、反射鏡の裏面側から表面側へ進 行し、前記第2光源から射出された第2光は、 記反射面で反射されて、その光軸を主光軸 合致させて第1光とともに進行するので、第 1光と第2光を集めて、高光量の光とすること できる。

 さらに、前記主光軸と光軸が合致する第1 光を射出する第1光源を設けるとともに、第2 を射出する第2光源を主光軸から偏位した部 位に設けているので、それぞれの光源が離れ た位置に配置されることになり、光源で発生 した熱を放熱しやすくなる。したがって、光 源で発生した熱によって発光効率が低下した り、故障が発生したりするなどの問題が生じ るのを防止することができる。

 加えて、高光量の光にするために、複数 光源を光の射出する方向を揃えて同一面上 並べて配置する必要がないので、主光軸を 準としたラジアル方向にコンパクトに構成 ることができる。

 また、第1光は、反射鏡の中央の貫通孔を 通って、反射鏡の裏面側から表面側へ主光軸 に沿って進行し、第2光は反射鏡によって反 されるだけなので、第1光源及び第2光源が射 出する光の波長が限定されることもなく、第 1光源、第2光源ともに同じ波長の光を使用す こともできる。したがって、同じ種類の光 を用いることができるのでコストダウンを ることができる。

 さらに、第1光は反射鏡の貫通孔を通過す るだけであり、第2光の低光量領域が反射鏡 貫通孔に、高光量領域が反射面に照射され ので、第1光及び第2光の光量をほとんど失う 事無く、効率よく光を集めることができる。

 第1光源から射出された第1光を反射鏡に って遮られることなく、裏面側から表面側 通過させて、より効率的に光を集められる うにするには、前記第1光源が、第1発光素子 と、前記第1発光素子から射出された前記第1 の光束を前記貫通孔の大きさに収束させる 1光学素子と、を備えたものであればよい。

 前記第2光の低光量領域と高光量領域を形 成するには、前記第2光源が、第2発光素子と 前記第2発光素子から射出された前記第2光 前記低光量領域と前記高光量領域を形成す 第2光学素子と、を備えたものであればよい

 前記第2光学素子の具体的な実施の態様と しては、中央部に凹部を有した凸レンズが挙 げられる。このようなものであれば、凸レン ズに入射した光のうち中央部に入射したもの は周辺部へと屈折されるので、中心部に低光 量領域を形成し、周辺部には高光量領域を形 成することができる。

 前記第2光に低光量領域と高光量領域を形 成するには、前記第2発光素子の配向特性が 中心部が低光量であり、周辺部が高光量の のであればよい。

 最も第2光の光量を無駄にせず、第1光と 2光を集められるようにするには、前記高光 領域に前記第2光の全ての光量があればよい 。

 さらに高光量の光を作るためには、前記 射鏡が主光軸に沿って複数設けられ、それ れの反射鏡に対応して、その反射面に光を 出する光源が設けてあり、その光は中心部 低光量領域が形成され周辺部に高光量領域 形成されており、低光量領域は貫通孔に、 光量領域が反射面に照射されるとともに、 射面で反射した光が、その光軸を前記主光 と合致させて前記第1光とともに進行するよ うに構成していればよい。

 前記第1光源及び前記第2光源の具体的な 施の態様としては、前記第1発光素子又は前 第2発光素子がLEDであるものが挙げられる。

 光加算装置を1ユニットとして、同一平面 上に複数並べた照明装置とすれば、1つのユ ットは主光軸を基準としたラジアル方向に ンパクトに構成されているので、高光量の を作り出しながら、照明装置も主光軸を基 としたラジアル方向にコンパクトに構成す ことができる。

 本発明に係る光加算装置をヘッドライト 用いれば、高光量でありながら、発熱によ 問題も生じにくいヘッドライトにすること できる。さらに、本発明に係る光加算装置 、主光軸を基準としたラジアル方向をコン クトに構成することができるので、光軸を 準としたラジアル方向のスペースが限られ いるヘッドライトにも好適に用いることが きる。

 このように構成した本発明に係る光加算 置によれば、複数の光源から射出された光 光軸を合致させて、ともに進行させるので 高光量の光を作ることができる。また、第1 光は貫通孔を通過するだけであり、第2光も 光量領域を貫通孔に、高光量領域を反射面 照射して、光の大部分を反射させているの 、高効率で光を集めることができる。さら 、第1光源と第2光源とが離れた位置に配置さ れるので、光源の発熱による問題が生じるの を防止することができる。加えて、複数の光 源を光の射出する方向を揃えて同一面上に並 べて配置する必要がないので、主光軸を基準 としたラジアル方向をコンパクトに構成する ことができる。

図1は、本実施形態に係る光加算装置の 模式図である。 図2は、同実施形態における各光源から 射出された光の光束を示す模式図である。 図3は、別の実施形態に係る光加算装置 の模式図である。 図4は、さらに別の実施形態に係る第2 源の模式図である。

符号の説明

100・・・光加算装置
1・・・第1光源
2・・・第2光源
M1・・・反射鏡
M11・・・貫通孔
M12・・・反射面
L1、L2・・・光軸
L・・・主光軸
11・・・第1発光素子(第1LED)
12・・・第1光学素子
21・・・第2発光素子(第2LED)
22・・・第2光学素子

 以下、本発明の一実施形態を、図面を参 して説明する。

 本実施形態に係る光加算装置100は、自動 のヘッドライトに光源として用いられるも である。

 具体的に本実施形態に係る光加算装置100 、図1に示すように、主光軸Lに対して表面 形成された反射面M12が傾斜するように設け れ、中心軸線が主光軸Lと合致する貫通孔M11 有した第1反射鏡M1と、主光軸Lと光軸L1が合 する第1光を前記第1反射鏡M1の裏面側から表 面側へ射出する第1光源1と、主光軸Lから偏位 した部位に設けられ、主光軸Lに対して垂直 第2光を射出して、前記反射鏡M1の反射面M12 第2光を照射する第2光源2とを備えたもので る。そして、前記反射面M12で反射された第2 は、その光軸L2を前記主光軸Lと合致させて 1光とともに進行するように構成してある。

 前記反射鏡M1は、薄円板形状をしており その中心に楕円形の貫通孔M11が形成してあ 。また、この反射鏡M1は、前記反射面M12と主 光軸Lがなす鋭角が45度となるように傾斜して 配置してある。

 前記第1光源1は、第1発光素子である第1LED 11と、前記第1LED11から射出された第1光の光束 を前記貫通孔M11の大きさに収束させる第1光 素子12と、を備えたものである。

 前記第1光学素子12は、第1LED11から射出さ た光を集光し、光束の大きさを小さくする 1LEDンズ121と、その第1LEDレンズ121の光射出 から離間して設けられ、図2に示すように、 1LEDレンズ121によって集光された第1光を、 行光にして前記貫通孔M11を通過させる第1平 レンズ122とを具備するものである。

 前記第2光源2は、第2発光素子である第2LED 21と、前記第2LED21から射出された第2光の中心 部に低光量領域Loを形成し、周辺部に高光量 域Hiを形成する第2光学素子22と、を備えた のである。なお、第2LED21は、第1LED11と同種 LEDであり、同じ波長の光を射出するもので る。

 前記第2光学素子22は、前記第2LED21から射 された第2光を平行光にする第2LEDレンズ221 前記第2LEDレンズ221の光射出端から離間した 置にある第2両凸レンズ222と、を備えたもの である。この第2両凸レンズ222の焦点をずら ことによって、図2に示すように、第2光の中 央部に低光量領域Loを形成し、周辺部に高光 領域Hiを形成し、低光量領域Loは貫通孔M11に 照射され、高光量領域Hiは反射面M12に照射さ るように調整してある。したがって、第2光 の光量の大部分を占める高光量領域Hiの光は 反射面M12で反射されたのち、光軸L2を主光 Lに合致させて第1光とともに進行する。

 このように、構成された本実施形態に係 光加算装置100によれば、第1光は、その光軸 L1が主光軸Lと合致するように射出されて、第 1反射鏡M1の貫通孔M11を通過して行き、第2光 、反射面M12で反射されたのちに、その光軸L2 が主光軸Lと合致して、第1光とともに進行す ように構成されているので、第1光と第2光 集めて、高光量の光とすることができる。

 さらに、第1光学素子12によって、第1光は 、その光束の大きさを貫通孔M11の大きさに狭 められて貫通孔M11を通過するので、略全ての 光が通過することができる。第2光は、高光 領域Hiの光が反射面M12で反射されるので、低 光量領域Loに含まれるごく一部の光のみが貫 孔M11から失われて、第1光とともに進行する 。したがって、第1LED11及び第2LED21から射出さ れたほぼ全ての光を集めることができるので 、高効率で高光量の光をつくることができる 。

 加えて、第1光は貫通孔M11を通過するだけ であり、第2光は反射面M12で反射されるだけ ので、第1光と第2光に使用する波長が限定さ れることもない。したがって、同じ種類の光 源を用いることができるので、コストダウン を図ることができる。

 また、第1光源1は、その光軸が主光軸Lと 致するように配置してあり、第2光源2は、 光軸Lから偏位して、主光軸Lに対して垂直に 第2光を射出するように配置されているので 第1LED11と第2LED21とは、離れた位置に配置さ ることになり、発生した熱を放熱しやすい したがって、第1LED11及び第2LED21で生じた熱 よって発光効率が低下したり、故障が発生 たりするなどの問題が生じるのを防ぐこと できる。

 さらに、高光量の光をつくるために、第1 光源1及び第2光源2の光を射出する方向を揃え て同一面上に並べて配置する必要がないので 、主光軸Lを基準としたラジアル方向にコン クトに構成することができる。したがって ヘッドライトのような高光量が必要とされ 光軸を基準としたラジアル方向のスペース 小さい用途にも好適に用いることができる

 次に本発明の別の実施形態について説明 る。以下の説明では前記実施形態に対応す 部材には同一の符号を付すこととする。

 図3に示すように、前記実施形態の光加算 装置を1つの光源として、さらに、別の光源 光を集める光加算装置100であっても構わな 。具体的には、光加算装置100が、主光軸L上 傾けて設けられた中央部に貫通孔M21を有す 第2反射鏡M2と、集められた第1光及び第2光 集光し、その光を貫通孔M21を通過させる集 素子Cと、主光軸Lに対して偏位して設けられ て、前記第2反射鏡M2の反射面M22に第3光を入 させる第3光源3と、を備えたものである。

 第2反射鏡M2は、薄円板上のものであり、 射面M22と主光軸Lのなす鋭角が45度となるよ に傾けて設けてあり、中央部の貫通孔M21の 心軸線と主光軸Lとが合致させてある。第2 射鏡M1は第1反射鏡M1と比べて、その直径が大 きくなるように構成してある。

 前記集光素子Cは、2つの平凸レンズC1、C2 ら構成され、集められた第1光及び第2光を 行光とし、その光束の大きさが前記第2反射 M1の貫通孔M11の大きさと同じになるように 光するものである。そのため、第1光と第2光 の全ての光は、第2反射鏡M1の貫通孔M11を通過 させることができる。

 前記第3光源3は、射出されたときの第3光 光軸L3が主光軸Lに対して垂直になるように けてある。その第3光源3は、第3LED31と、前 第3LED31から射出された第3光の中心部に低光 領域Loを形成し、周辺部に高光量領域Hiを形 成する第3光学素子32と備えたものである。

 第3光学素子32は、前記第3LED31から射出さ た第3光を平行光にする第3LEDレンズ321と前 第3LEDレンズ321の光射出端から離間した位置 ある第3両凸レンズ322と、第3両凸レンズ322 第2反射鏡M1との間に設けられた凹レンズ323 を備えたものである。この第3両凸レンズ322 凹レンズ323の焦点をずらすことによって、 3光の中央部に低光量領域Loを形成し、周辺 に高光量領域Hiを形成し、低光量領域Loは貫 通孔M21に照射され、高光量領域Hiは反射面M22 照射されるように調整してある。

 このようなものであれば、光軸L1、L2が主 光軸Lに合致してともに進行している第1光と 2光に、さらに、第3光の光軸L3を主光軸Lに 致させてともに進行させることができるの 、より高光量の光を作ることができる。

 さらに、主光軸Lに沿って光源を追加して いくので、主光軸Lを基準としてラジアル方 には、コンパクトに構成を保ちながら、よ 高光量の光を作るようにしていくことがで る。

 その他、本発明は上述した実施形態に限 れない。

 例えば、光加算装置をユニットとして、 のユニットを同一平面上に複数並べて高光 の光を射出する大光源としてよい。1つのユ ニットは、主光軸Lを基準としたラジアル方 にコンパクトに構成されているので、この うに並べても高光量の光を作りつつ、大光 Sの主光軸Lを基準としたラジアル方向もコン パクトに構成することができる。

 また、図4に示すように、第2光学素子22に 、中央部に凹部2221を有した両凸レンズ222を いても構わない。このようなものであれば 両凸レンズ222に入射した平行光のうち中央 の光は周辺部に屈折されるので、中央部に 光量領域Loを形成し、周辺部に高光量領域Hi 形成することができる。加えて、光を射出 るLEDは面光源であっても構わないし、点光 であっても構わない。

 第2光に、中央部に低光量領域を形成し、 周辺部に高光量領域を形成するのに、第2LED21 の配光特性が中央部は低光量で、周辺部が高 光量のものを用いても構わない。

 第2光の中央部の低光量領域Loには、全く 量がなく、すべての光が周辺部の高光量領 Hiに集まるようにしても構わない。このよ にすれば、最も高効率で第1光と第2光を集め て高光量の光とすることができる。

 さらに高光量の光を作るためには、第4光 源、第5光源・・・第N光源を第3光源と同様に して設けて、それぞれの光源から射出された 光の光軸を主光軸に合致させて、ともに進行 させるようにしても構わない。

 第2光源や第3光源は、光を射出した時点 の光軸の向きが主光軸に対して傾斜するよ に設けてあっても構わない。このようなも であれば、光加算装置を主光軸を基準とし ラジアル方向にさらにコンパクトにするこ できる。

 反射鏡は、薄円板形状のみに限らず、反射 と貫通孔を備えたものであれば良い。例え 、反射鏡が円筒の側面を斜めに切断した形 をしており、その切断面に反射面を備え、 面の中央部から切断面の中央へと貫通する 通孔を有したものであっても構わない。
また、反射鏡の貫通孔の形状は楕円形のみに 限られない。例えば、長方形状など様々な形 状であっても構わない。

 光学素子はレンズに限られない。例えば 回折格子を用いて、第1光の光束を貫通孔の 大きさにし、第2光の低光量領域及び高光量 域を形成するようにしても構わない。

 発光素子としては、LEDに限られない。有 EL、キセノンランプ、クリプトンランプ、 陰極管などであっても構わない。

 光加算装置はヘッドライト以外にも、プ ジェクタなどの光源として用いても構わな 。

 なお、本明細書中において、光とは可視 、赤外光、紫外光、電磁波などを含む概念 ある。

 その他、前述した実施形態や変形実施形 の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし 本発明は前記実施形態に限られず、その趣 を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であ ことは言うまでもない。

本発明によって、複数の光源から射出され た光を高効率で主光軸上に集めることができ 、さらに、主光軸方向を基準としてラジアル 方向にコンパクトに構成することができる。