专利名称：照明设备和使用该照明设备的照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在水平面照度和垂直面照度上都具有高照度的防盗灯、路灯、街灯等照明装置和在该照明装置中使用的照明设备。
背景技术：
为了保障交通安全、防止犯罪等，多数的防盗灯等照明装置设置在室外。防盗灯在防止犯罪方面的照明效果希望达到(1)能够看清細远处的人的大概容貌，(2)能够看清細远处的行人的举动和姿势。为了满足所述照明效果，作为照度基准分别规定为(1)路面上的水平面照度的平均值在5. Olx以上、垂直面照度的最小值在1. Olx以上，(2)路面上的水平面照度的平均值在3. Olx以上、垂直面照度的最小值在0. 51x以上。此外，作为防盗灯等照明装置希望不使光源的输出变大，就能将满足上述照度基准的范围扩大至更远的距离。由此，能够节能、且减少照明装置的设置数量，并且可以有效地保障交通安全或防止犯罪。一般来说，防盗灯等照明装置大多以设置高度为4. 5m、设置间隔约为35m的方式安装在电线杆或柱子上。在这种情况下，当把照明装置的垂直下方作为垂直角0度时，来自邻近照明装置的距道路的高度为1.5m位置上的垂直面照度，由来自照明装置的垂直角 85°的大体水平方向的光度确定。由于照度与距离的平方成反比减少，所以如果不对照明装置的配光特性进行控制来使大体水平方向的光度变大，则很难得到满足上述照度基准的照度。专利文献1 (日本专利公开公报特开2000-331504号(2000年11月30日公开)) 和专利文献2(日本专利公开公报特开2004-63174号(2004年2月沈日公开))记载了用于控制照明装置的配光特性的方法。在所述专利文献1和专利文献2记载的照明装置中， 形成被称为反射镜的反射构件，并在照明装置的罩上形成棱镜，通过对这些反射镜、棱镜进行适当的组合来控制配光特性，从而使水平方向的光度变大。然而，上述以往的照明装置具有以下问题。近年来，从省电、延长使用寿命的角度考虑，开发出了很多采用LED光源的照明装置。在采用LED光源的照明装置中，为了确保照明器具发出的光束，大多排列多个LED光源来使用，从而增大了光源面积。在这种情况下，为了相对于反射镜、棱镜的面积增加光源面积的比率，从各种方向使光向反射镜、棱镜照射。由于反射镜、棱镜的形状设定成要将以特定的角度入射的光向特定的角度进行反射和/或折射，所以如果光从各种方向入射，则难以设定反射镜、棱镜的形状。因此，很难得到通过控制配光特性而使光学特性良好的照明装置。此外，为了解决上述问题，在使反射镜、棱镜的面积变大、光源面积的比率变小的情况下，又产生使照明装置大型化的问题。此外，在设置于道路上的照明装置中，重要的是在与道路前进方向和宽度方向平行的两个平面上控制配光。但是，现有技术中记载的棱镜的形状为向一个方向延伸，因而例如存在如下问题即只能控制与道路前进方向平行的平面等一个平面的配光特性。为了控制两个方向的配光特性，必须还组合使用反射镜，从而增加了部件数量。此外，虽然有利用照明装置的箱体作为反射镜的方法，但是这样就不能自由地设计箱体。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种照明设备，其特征在于包括LED或LD等光源；以及透明的光学构件，相对于从所述光源照射出的光，具有入射面和出射面，在所述入射面或所述出射面的至少一个上形成有透镜，所述光源的光轴配置成与形成在所述入射面或所述出射面上的至少一方的透镜的几何中心轴偏移。按照上述发明，由于所述光源和所述透镜的光轴彼此偏移，所以能够以偏离光源的光轴方向的位置为中心来控制配光特性。即，能够使光优先朝向与光源的光轴方向倾斜的方向扩散或聚拢。其结果，通过在光源配置成V形等的照明装置中安装本发明的照明设备，可以有效地使光扩散。此外，在本发明的照明装置中，以阵列形、呈面状等排列多个所述照明设备，来形成所述照明装置。按照上述发明，可以紧凑地实现对应各种用途的照明装置。按照本发明的照明设备和照明装置，通过一个光学构件，就可以控制两个轴向的配光特性，使配光特性最佳化。因此，可以得到不使用反射镜等、设计性良好的照明装置，并且可以得到具有良好的水平面照度和垂直面照度的照明装置。此外，按照本发明的照明设备，由于所述光源和所述透镜的几何中心轴彼此偏移， 所以可以使光优先朝向与配置有光源的表面的法线方向倾斜的方向扩散或聚拢。其结果， 通过在光源呈V形等倾斜配置的照明装置中安装该照明设备，可以有效地使光扩散，所以能够得到配光特性更加良好的照明装置。此外，即使在具有多个所述光源而使光源面积变大的情况下，由于本发明的照明设备紧凑，所以不会导致安装了本发明照明设备的照明装置大型化，且可以得到配光特性良好的照明装置。
图1是用于说明本发明第一实施方式的照明设备的图。图2是用于说明采用了上述照明设备的照明装置的一个例子的图。图3是表示将第一实施方式的照明设备应用于图2的照明装置时的配光特性的模拟结果和比较例的配光特性的模拟结果的图。图4是用于说明本发明第二实施方式的照明设备的图。图5是表示将第二实施方式的照明设备应用于图2的照明装置时的配光特性的模拟结果的图。附图标记说明10照明设备
12LED光源
13基板
14光学构件
16入射面
18出射面
22柱状凹透镜
24柱状凸透镜
26椭圆体凹透镜
28椭圆体凸透镜
50照明装置
Sl柱状凹透镜22的几何中心轴
S2柱状凸透镜M的几何中心轴
S3椭圆体凹透镜沈的几何中心轴
S4椭圆体凸透镜28的几何中心轴
JlLED光源12的光轴
具体实施例方式下面利用以下实施方式对本发明进行更详细说明。另外，在以下的说明中，表示相同功能和作用的构件采用相同的附图标记，并省略了说明。(第一实施方式)图1是说明第一实施方式的照明设备10概要的图，图1的(a)是该照明装置的立体图，图1的(b)是图1的(a)的A-A剖视图，图1的(c)是图1的(a)的B-B剖视图。另外，在以下的实施方式中，虽然采用LED作为光源来进行说明，但是本发明除了 LED以外，也能够采用半导体激光等其他光源。如图1的(a)、(b)、(c)所示，光学构件14在与LED光源12相对的入射面16上形成有柱状凹透镜22，并且在出射面18上形成有柱状凸透镜M，该出射面18是与所述入射面16相反一侧的表面。把与光的入射和出射相关的轴向作为Z轴，把所述柱状凹透镜22的母线方向设定为Y轴、子线方向设定为X轴。此外，柱状凸透镜M的母线方向为X轴，子线方向为Y轴。柱状凹透镜22的母线方向的曲率为0，子线方向的曲率小于0，透镜在X轴方向、 Y轴方向上使光产生折射的能力不同。同样，柱状凸透镜M的母线方向的曲率为0，子线方向的曲率大于0，透镜在X轴方向、Y轴方向使光产生折射的能力不同。此外，柱状凹透镜22的母线方向和柱状凸透镜M的母线方向彼此垂直。在本实施方式中，LED光源12在作为印刷电路板等的基板13上形成矩阵状，以所述柱状凹透镜22和所述柱状凸透镜M的交点分别与LED光源12 —一对应的方式，排列多个柱状凹透镜22和多个柱状凸透镜对，从而形成本实施方式的照明设备10。此外，在与LED光源12相对的表面上形成有柱状凹透镜22的情况下，在LED光源12和光学构件14之间形成有空间。因此，柱状凹透镜22不仅用来实现本发明控制配光特性的首要目的，还具有防止因LED光源12发热导致光学构件14劣化的效果。另外，虽然通过使作为光学构件14下表面的入射面16和LED光源12之间保持一定的距离，也可以防止光学构件14劣化，但是在如本实施方式那样呈阵列形使用LED光源12的情况下，由于从LED光源12照射出的光容易照射到相邻的透镜中，所以难以控制配光特性。由于在作为光学构件14下表面的入射面16和LED光源12之间的距离有限度，所以通过设置柱状凹透镜22使所述空间变大，从而可以防止因LED光源12发热导致光学构件14劣化。如图1的(b)所示，柱状凹透镜22设定成能使光扩散的形状，从LED光源12照射出的光通过柱状凹透镜22在XL平面内扩散。另外，在第一实施方式中，作为一个例子，柱状凹透镜22的子线方向的剖面形状为椭圆形，该椭圆形的长半轴为6. 5mm、两个焦点之间的距离为8. 0mm。此外，柱状凹透镜22的几何中心轴Sl和LED光源12的光轴Jl在作为柱状凸透镜对的母线方向的X轴方向上彼此偏移，该LED光源12的光轴Jl与作为强度分布中心轴的Z轴方向平行。由此，本实施方式的照明设备10把相对于LED光源12的光轴Jl方向偏移的方向作为中心轴，可以使光扩散。换句话说，通过使LED光源12的光轴Jl和柱状凹透镜22的几何中心轴Sl沿柱状凸透镜M的母线方向彼此偏移，能够以偏向-X方向或+X方向的方式使光扩散。图1的(c)是表示作为图1的(a)所示的光学构件14的B-B剖面的YL平面。柱状凸透镜M设定成能使光聚拢的形状，从LED光源12照射出的光，通过柱状凸透镜M在⑵平面内聚拢。另外，在第一实施方式中，作为一个例子，柱状凸透镜M的子线方向的剖面形状为圆形，该圆形的半径为6mm。此外，LED光源12的光轴Jl和柱状凸透镜M的几何中心轴
S2 一致。另外，柱状凸透镜M也可以与上述柱状凹透镜22的情况相同，通过使柱状凸透镜 24的几何中心轴S2和LED光源12的光轴Jl在作为柱状凹透镜22的母线方向的Y轴方向上彼此偏移，从而使光朝向-Y方向或+Y方向聚拢。因此，当想要控制在H平面内聚拢的光的方向时，也可以将LED光源12的光轴Jl 和柱状凸透镜M的几何中心轴S2设定成彼此偏移。另外，柱状凹透镜22和柱状凸透镜M的形状、以及柱状凹透镜22的几何中心轴 Si、柱状凸透镜M的几何中心轴S2和LED光源12的光轴Jl之间的距离等，可以考虑必要的配光特性、使用光学解析软件等来得出。此外，作为光学构件14的材料除了使用丙烯酸树脂以外，只要是在可见光区域内透光性良好且透射系数大的材料即可，例如使用聚苯乙烯树脂、甲基丙烯树脂、聚碳酸酯树脂或玻璃等。在上述记载的照明设备10中，通过形成在光学构件14上的柱状凹透镜22和柱状凸透镜对，对从LED光源12照射出的光进行配光控制。
柱状凹透镜22具有使光扩散的功能，柱状凸透镜M具有使光聚拢的功能。此外， 由于柱状凹透镜22和柱状凸透镜M的母线方向彼此垂直，所以仅通过光学构件14，就可以独立控制TL平面和YL平面这两个平面的配光特性。此外，由于形成在光学构件14上的柱状凹透镜22和柱状凸透镜M分别与LED光源12 —一对应，所以光学构件14的大小与光源12的尺寸相同，从而可以实现照明装置小型化和薄型化。图2表示使用了本实施方式照明设备10的照明装置50的示意图。照明装置50为将本实施方式中说明的照明设备10配置成V形，并且向纸面下方照射光。在照明装置50中，为了使光源光束与采用了荧光灯等其他光源的照明装置相同， 在基板13上将多个LED光源12配置成阵列形。另外，在本实施方式中，作为一个例子，照明设备10中将LED光源12沿X轴方向以Ilmm为间距排列8列，沿Y轴方向以8. 5mm为间距排列28列，在TL平面上观察，以呈V 形的方式使用两个上述照明设备10。LED光源12的个数合计为448个，光源光束合计为^OOlm。此外，将两个照明设备10配置成V形，使其夹角为120°。另外，LED光源12的个数和光束可以根据照明装置所需要的光束大小来适当地改变设定。此外，照明设备10的夹角也可以根据照明装置需要进行设计的、未图示的箱体、灯罩等来适当地改变设定。在这种照明装置50中，将照明设备10配置成V形，该照明设备10在基板13上以矩阵状排列有多个LED光源12。在这种情况下，使从各照明设备10照射出的光向-X轴方向、+X 轴方向扩散，通过对所述光进行组合，可以有效地使从照明装置照射出的光向士X轴方向扩散。图3的(a)表示模拟第一实施方式照明装置50的配光特性的结果。图3的(b) 表示作为比较例没有光学构件14时的配光特性。另外，模拟条件如下考虑到实际安装在道路等上时的形态，以仰角为20°、即以 X轴为转动轴倾斜20°来设置照明装置50。由于图2所示的本实施方式的照明装置50通过光学构件14的柱状凹透镜22使光在)(Z平面上扩散，在把与0° —侧相比朝向90° —侧作为广角一侧的情况下，可以看出本实施方式广角时的光度大于比较例。此外，由于通过光学构件14的柱状凸透镜M使光在^平面上聚拢，所以与比较例相比本实施方式的配光特性表现为聚拢。此外，在将第一实施方式的照明装置50设置在道路上的情况下，表1表示模拟其照度的结果。比较例表示没有光学构件14时的该数值。表 1照度的解析结果
第一实施方式比较例水平面照度(平均)7. 401x5.081x垂直面照度(最小值)0. 601x0.201x
另外，表1所示的水平面照度是使路面的水平面照度平均化后的数值，垂直面照度是道路中央的高度为1. 5m的垂直面照度的最小值。另外，照明装置50的设置方式如下 使图1所示的TL平面与道路的前进方向平行、且高度为4. 5m、间隔为35m。此外，与配光特性的模拟相同，以仰角为20°来设置图2所示的照明装置50。此外，道路宽度为5m。如图3的(a)所示，由于第一实施方式的照明装置50使配光特性最佳化，所以与比较例相比可以实现较大的照度。此外，能够得到满足所述照度基准的结果，所述照度基准为(1)能够看清細远处的人的大概容貌(水平面照度的平均值在5. Olx以上、垂直面照度的最小值在1. Olx以上)，(2)能够看清細远处的行人的举动和姿势(水平面照度的平均值在3. Olx以上、垂直面照度的最小值在0. 51x以上)。如上所述，在第一实施方式的照明装置50中，仅通过具有柱状凹透镜22和柱状凸透镜M的光学构件14，就可以控制两个平面的配光特性，使配光特性最佳化。因此，不使 LED光源12的输出变大，就可以得到具有较大水平面照度和垂直面照度的照明装置50。由此，能够实现节能化、且减少照明装置50的设置数量。此外，由于不需要把箱体等作为反射镜来使用，所以可以得到设计性良好的照明装置50。此外，即使在采用光源面积较大的阵列形的LED光源12的情况下，由于通过与各 LED光源12对应的方式来形成透镜，所以也不会使照明装置50大型化，就能够得到配光特性良好的照明装置50。另外，在第一实施方式中，也可以具有用于固定照明装置50的电源部、LED光源12 的箱体和灯罩等。当在屋外等使用照明装置50时，可以保护LED光源12和光学构件，使它们能防雨、防灰尘等。此外，上述第一实施方式的照明设备10和采用了所述照明设备10的照明装置50 可以广泛地应用于防盗灯、街灯、路灯、公园用灯等的屋外照明以及其他照明。(第二实施方式)接着，基于图4对本发明照明装置的第二实施方式进行说明。如图4的(a)、(b)、(c)所示，第二实施方式与第一实施方式的不同仅在于与第一实施方式照明设备10的光学构件14的形状不同。因此，在第二实施方式中，与所述第一实施方式相同的组成部分采用相同的附图标记，并且主要对与所述的第一实施方式的不同点进行说明。图4的(a)是表示第二实施方式的光学构件14形状的图。在第二实施方式中，在光学构件14与LED光源12相对的表面上形成有椭圆体凹透镜26，在与LED光源12相对的表面相反一侧的表面上形成有椭圆体凸透镜28。此外，椭圆体凹透镜沈和椭圆体凸透镜 28以分别与LED光源12 —一对应的方式，排列有多个透镜。在此，如图4的(a)所示，椭圆体凸透镜观的短轴方向与照明设备10的Y轴方向一致。此外，椭圆体凹透镜沈和椭圆体凸透镜28各自在X轴和Y轴上曲率都不同，所述 Y轴为与所述X轴垂直的轴。即，本发明的透镜在X轴方向和Y轴方向上使光产生折射的能力不同。
此外，在第二实施方式中，作为一个例子，椭圆体凹透镜沈的形状为两个焦点之间的距离为0mm、长半轴为5mm的椭圆体，即为球体。此外，椭圆体凸透镜观的形状为椭圆体，该椭圆体的焦点之间距离为8mm、长半轴为6. 5mm。图4的(b)是表示作为图4的(a)所示的照明设备10的)(Z平面的A-A剖面的图。 XZ平面的椭圆体凹透镜沈的剖面的形状使光扩散。因此，从LED光源12照射出的光通过椭圆体凹透镜沈在监平面内扩散。此外， LED光源12的光轴Jl和椭圆体凸透镜28的几何中心轴S4在作为椭圆体凸透镜28的长轴方向的X轴方向上偏移。由此，能以相对于椭圆体凸透镜观的几何中心轴S4方向偏移的方向为中心使光扩散。换句话说，通过使LED光源12的光轴Jl和椭圆体凸透镜观的几何中心轴S4在作为椭圆体凸透镜观的长轴方向的X轴方向上彼此偏移，能够使光向-χ方向或+X方向扩散。此外，使椭圆体凹透镜沈的几何中心轴S3与LED光源12的光轴Jl 一致。这是为了通过椭圆体凹透镜沈在LED光源12和光学构件14之间形成空间，从而防止因LED光源12发热导致光学构件14劣化。在第二实施方式中，由于仅通过椭圆体凸透镜观也能够控制配光特性，所以椭圆体凹透镜沈的形状和配置的重点在于防止上述光学构件14劣化。另外，在光学构件14的耐热性高的情况下，也可以不形成椭圆体凹透镜26。在这种情况下，由于容易制作光学构件 14，所以是优选的。此外，也可以适当地设定椭圆体凹透镜沈的形状和配置，并将其与椭圆体凸透镜观组合来进行配光控制。在这种情况下，由于能够实现的配光特性的自由度扩大，所以是优选的。图4的(c)是表示图4的(a)所示的光学构件14在TL平面的B-B剖视图。TL平面的椭圆体凸透镜观的形状使光聚拢。因此，从LED光源12照射出的光通过椭圆体凸透镜观在^平面内聚拢。此外，在H平面内，LED光源12的光轴Jl和椭圆体凸透镜28的几何中心轴S4 —致。另外，在H平面内，也可以通过使LED光源12的光轴Jl和椭圆体凸透镜28的几何中心轴S4在作为椭圆体凸透镜观的短轴方向的Y轴方向上彼此偏移，使光向-Y方向或 +Y方向聚拢。因此，当想在H平面内控制聚拢的光的方向时，也可以使LED光源12的光轴Jl 和椭圆体凹透镜26的几何中心轴S3彼此偏移。另外，椭圆体凹透镜沈和椭圆体凸透镜28的形状以及椭圆体凹透镜沈的几何中心轴S3、椭圆体凸透镜28的几何中心轴S4和LED光源12的光轴Jl之间的距离等，可以考虑必要的配光特性、使用光学解析软件等来得出。在上述记载的照明设备10中，通过构成光学构件14的椭圆体凹透镜沈和椭圆体凸透镜观，对从LED光源12照射出的光进行配光控制。椭圆体凸透镜观的TL平面的剖面形状具有使光扩散的功能JZ平面的剖面形状具有使光聚拢的功能。因此，仅通过光学构件14，就可以独立控制)(Z平面和H平面这两个平面的配光特性。此外，由于形成在光学构件14上的椭圆体凹透镜沈和椭圆体凸透镜观分别与LED光源12 —一对应，所以光学构件14的大小与LED光源12的尺寸基本相同，从而可以实现照明装置50的小型化和薄型化。图5表示与第一实施方式相同、将第二实施方式的照明设备10应用于图2形态的照明装置50时模拟配光特性的结果。另外，模拟条件等与第一实施方式相同。由于第二实施方式的照明装置50通过形成在光学构件14上的椭圆体凸透镜观的长轴方向的剖面，使光在)(Z平面上扩散，所以在把与0° —侧相比朝向90° —侧作为广角一侧的情况下，可以看出广角时的光度大于比较例。此外，由于通过椭圆体凸透镜观的短轴方向的剖面，使光在^平面上聚拢，所以可以看出与比较例相比其配光特性表现为聚拢。此外，在将第二实施方式的照明装置50设置在道路上的情况下，表2表示模拟其照度的结果。作为比较例表示没有光学构件14时的该数值。模拟条件等与第一实施方式相同。表2照度的解析结果
权利要求
1.一种照明设备，其特征在于包括 光源；以及光学构件，相对于从所述光源照射出的光，具有入射面和出射面， 在所述入射面或所述出射面的至少一个上形成有透镜，所述光源的光轴配置成与形成在所述入射面或所述出射面上的至少一方的透镜的几何中心轴偏移。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于，至少一方的所述透镜在X轴方向和Y 轴方向上折射能力不同。
3.根据权利要求2所述的照明设备，其特征在于，在所述X轴方向和Y轴方向上折射能力不同的透镜是柱状凹透镜和柱状凸透镜，所述柱状凸透镜形成在与形成有所述柱状凹透镜的表面相对的表面上， 所述柱状凹透镜的母线和所述柱状凸透镜的母线垂直相交。
4.根据权利要求2所述的照明设备，其特征在于，在所述X轴方向和Y轴方向上折射能力不同的透镜是椭圆体凹透镜或椭圆体凸透镜。
5.一种照明装置，其特征在于，使用权利要求1 4中任意一项所述的照明设备。
全文摘要
本发明提供一种照明设备和使用该照明设备的照明装置，该照明设备包括光源(12)；以及光学构件(14)，具有入射面和出射面，所述入射面和出射面用于控制从所述光源(12)照射出的光的配光特性。在所述入射面或所述出射面的至少一个上形成有入射面(16)侧透镜或出射面(18)侧透镜。所述光源(12)的光轴配置成与形成在所述入射面或出射面上的至少一方的入射面(16)侧透镜或出射面(18)侧透镜的几何中心轴偏移。由此，通过仅由光学构件来控制两个方向的配光特性，可以得到设计性良好的照明装置，并且可以提供具有较大水平面照度和垂直面照度的照明装置。
文档编号F21S2/00GK102317676SQ201080007899
公开日2012年1月11日 申请日期2010年2月17日 优先权日2009年2月17日
发明者上田健, 名仓秀明, 酒井邦哲 申请人:夏普株式会社