专利名称：光束控制部件、发光装置以及照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制从发光元件(例如，LED)出射的光的方向的光束控制部件、具备该光束控制部件的发光装置、以及使用该发光装置照射被照明部件的被照射面(广告板、 壁面、天花板、地面等)的照明装置。
背景技术：
以往，例如，已知如图1所示，在招牌100的前斜下方配置发光装置101，利用从该发光装置101出射的光，照射招牌100的被照射面(表面)102的外照式的照明装置103。用于该外照式的照明装置103的发光装置101将卤素灯(halogen lamp)或放电灯(discharge lamp)等的光源104收纳在壳体105内，利用安装在壳体105的内部的反射部件106反射来自光源104的光，并且利用透镜107折射从光源104直达的光以及通过反射部件106反射后到达的光并出射，并利用从该透镜107出射的光照射被照射面102。另外，在专利文献1 和专利文献2中，公开了与这样的照明装置103的技术同样的技术。专利文献专利文献1 (日本)特开第2001-307508号公报专利文献2 (日本)特开第2008-216613号公报
发明内容
然而，对现有的照明装置而言，发光装置的结构复杂且零件个数多，所以无法满足包含发光装置的制品价格的廉价化的要求，也无法满足省空间化的要求。另外，由于现有的照明装置使用卤素灯或放电灯作为光源，所以也无法满足省电化的要求。本发明的目的在于，提供与现有技术相比，能够使发光装置的结构简单而削减零件个数，实现照明装置的廉价化、省空间化、省电化的光束控制部件。本发明的光束控制部件将来自发光元件的光从被照射面的斜前方侧的位置倾斜地照射到所述被照射面，其中，配置为所述光束控制部件的中心轴与所述发光元件的光轴一致，所述光束控制部件所采用的结构包括入射面，使来自所述发光元件的光入射；全反射面，将从所述入射面入射的光的一部分全反射并集光；以及出射面，出射由所述全反射面反射的光以及从所述入射面直达的光，所述入射面为凹部的内表面，该凹部与所述发光元件对向地形成在背面侧，所述入射面包括第1入射面，位于所述凹部的底部；第2入射面， 位于该第1入射面与所述凹部的开口边缘之间，所述全反射面形成在所述背面侧和所述出射面侧之间，并且形成为围绕所述光轴，并将主要从所述入射面中的第2入射面入射的光向所述出射面侧全反射，所述出射面包括第1出射面，在与所述背面相反侧的位置且形成在所述光轴的周围，并配置在比所述光轴更靠近所述被照射面侧；第2出射面，配置在比所述第1出射面更远离所述被照射面的位置侧，所述第2出射面形成为，与来自将所述发光元件的光轴作为旋转轴而使所述第1出射面旋转180度的面的出射光的配光特性相比，来自所述第2出射面的出射光的、朝向所述被照射面的光束较多。
在本发明的光束控制部件中，全反射面如反射部件那样地发挥功能，通过全反射面向出射面(第1出射面和第2出射面)侧全反射从入射面入射而到达了全反射面的、来自发光元件(LED等)的光，并且将来自第2出射面的照明光与来自第1出射面的照明光重叠。由此，能够有效地利用来自发光元件(LED等)的光，并且能够大范围地照射被照射面。 因此，本发明的光束控制部件不需要反射部件。其结果，能够使利用了本发明的光束控制部件的发光装置的结构简单而削减零件个数，满足照明装置的省空间化的要求和制品价格的廉价化的要求。另外，使用了本发明的光束控制部件的发光装置和照明装置将发光元件 (LED等)作为光源，所以与将卤素灯或放电灯作为光源的现有技术相比，能够实现省电化。
图1是表示现有技术的照明装置的图。图2是表示本实施方式的发光装置和使用了该发光装置的照明装置的图。图3是表示光束控制部件的第1实施方式的外观立体图(从斜上方所见的外观图)。图4是表示光束控制部件的第1实施方式的图。图5是表示光束控制部件的比较例的外观立体图(从斜上方所见的外观图)。图6是表示光束控制部件的比较例的图。图7是示意地表示从使用了比较例的光束控制部件的照明装置照射到被照射面的照明光的照度分布(illuminance distribution)的图。图8是示意地表示从使用了第1实施方式的光束控制部件的照明装置照射到被照射面的照明光的照度分布的图。图9是示意地表示仅从第1实施方式的光束控制部件的第1出射面照射到被照射面的照明光的照度分布的图。图10是示意地表示仅从第1实施方式的光束控制部件的第2出射面照射到被照射面的照明光的照度分布的图。图11的(a)是从侧面侧所见的、示意地表示使用了比较例的光束控制部件时的光路的图，图11的(b)是从侧面侧所见的、示意地表示使用了第1实施方式的光束控制部件时的光路的图。图12的(a)是从上方所见的、示意地表示使用了比较例的光束控制部件时的光路的图，图12的(b)是从上方所见的、示意地表示使用了第1实施方式的光束控制部件时的光路的图。图13是表示光束控制部件的第2实施方式的外观立体图(从斜上方所见的外观图)。图14是表示光束控制部件的第2实施方式的图。图15是表示光束控制部件的第3实施方式的外观立体图(从斜上方所见的外观图)。图16是表示光束控制部件的第3实施方式的图。图17是表示光束控制部件的第4实施方式的外观立体图(从斜上方所见的外观图)。
图18是表示光束控制部件的第4实施方式的图。图19是表示光束控制部件的第5实施方式的外观立体图(从斜上方所见的外观图)。图20是表示光束控制部件的第5实施方式的图。图21是表示基板上的发光元件和支架(holder)的卡合状态，并且表示光束控制部件和支架的卡合状态的剖面图。图22是表示支架的图。图23是表示图3的光束控制部件的一部分的放大剖面图。图M的(a)是从斜上方所见的、表示本发明的光束控制部件的其他使用例的内照式的照明装置的外观立体图，以及图M的(b)表示内照式的照明装置的图。图25是表示本发明的内照式的照明装置的内部结构的图。图沈的(a)是表示本发明的内照式的照明装置中的被照射面的照明状态的图，以及图26的(b)是表示比较例的内照式的照明装置中的被照射面的照明状态的图。图27的(a)、(b)、(c)是用于说明图27的(a)比较例的光束控制部件、图27的 (b)本发明的第1群的光束控制部件、以及图27的(c)本发明的第2群的光束控制部件之间的出射特性的差异的图，并且是用于说明通过模拟实验求出的各个光束控制部件的出射
特性的差异的图。
标号说明
1 发光装置；
2,60 照明装置；
3 发光元件(例如，LED)
4 光束控制部件；
6、62a 被照射面；
7 发光中心；
8 光轴；
11 出射面；
Ila:第1出射面；
lib:第2出射面;
12 全反射面；
12a 第1全反射面；
12b:第2全反射面；
13 入射面；
13a 第1入射面；
13b 第2入射面；
14 中心轴；
15 背面；
16 凹部；
20:上端边缘(顶边)
具体实施例方式以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。(发光装置和照明装置)图2是表示本实施方式的发光装置1和使用了该发光装置1的照明装置2的侧视图。如该图2所示，发光装置1经由光束控制部件4出射由发光元件3 (例如，LED和通过密封部件密封的LED)发出的光。发光元件3和光束控制部件4 一对一地对应。另外， 在图2中，利用α表示发光元件3的出射光的亮度半光强角。使用了该发光装置1的照明装置2利用从发光装置1出射的光从下方的斜前方照射被照射部件5 (例如，广告板)的被照射面6 (例如，广告板的广告面)。也就是说，发光元件3配置在发光中心7从与被照射面6正对的区域(被照射面6的下端边缘6a)向下方偏移Hl的位置且发光中心7从被照射面6向前方偏移Ll的位置。另外，发光元件3被配置为使光轴8对于被照射面6倾斜θ，以使光轴8朝向被照射面6的上端边缘6b延伸。这里，光轴8是指，来自发光元件3的立体的出射光束的中心处的光的行进方向。然后，在图2 中，将与纸面正交的方向且与光轴8正交的方向的轴作为X轴。另外，在图2中，将与纸面平行的方向且与光轴8正交的方向的轴作为Y轴。另外，在图2中，将在沿发光元件3的光轴8的方向上且在X轴和Y轴之间的交点处与X轴和Y轴正交的轴作为Z轴。另外，X轴、 Y轴、Z轴的交点是发光元件3的发光中心7。另外，在本实施方式的照明装置2中，以使光轴8朝向被照射面6的上端边缘6b的方式，配置发光装置1，但本发明并不限于此，从发光元件3的发光中心7延伸的光轴8随着从发光中心7沿+Z轴方向间隔而接近被照射面6 即可，也可以根据被照射面6的形状等，使光轴8朝向从被照射面6的上端边缘6b偏移的位置。(光束控制部件的第1实施方式)图3和图4表示光束控制部件4的第1实施方式。另外，图3是光束控制部件4 的外观立体图(从斜上方所见的外观图)。另外，图4的(a)是光束控制部件4的俯视图， 图4的(b)是光束控制部件4的左视图，图4的(c)是对图4的(a)的光束控制部件4沿 Al-Al线切断而表示的剖面图，图4的(d)是光束控制部件4的正面图，图4的(e)是光束控制部件4的仰视图。光束控制部件4例如由PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、PC (聚碳酸酯)、EP (环氧树脂)等透明树脂材料或透明玻璃形成。该光束控制部件4在环状的凸缘(flange)部10的上面侧形成出射面11，在凸缘部10的下面侧形成全反射面12和入射面13。然后，在该光束控制部件4中，发光元件3安装在固定的基板(未图示)上，以使中心轴14位于与发光元件3的光轴8同一轴上。光束控制部件4的入射面13是形成在光束控制部件4的背面15侧的凹部16的内表面，剖面形状为等腰梯形(isosceles trapezoid)形状，并且在中心轴14的周围形成为旋转对称。该光束控制部件4的入射面13具有凹部16的底面即第1入射面13a、以及从该第1入射面13a延伸到凹部16的开口边缘的、锥(taper)状圆筒面即第2入射面13b。 这里，在第2入射面13b中，其内径随着从第1入射面13a侧接近开口边缘侧而递增，以使开口边缘侧的内径尺寸大于第一入射面13a侧的端边缘的内径尺寸。另外，光束控制部件4的背面15是形成在凹部16的开口边缘的周围的环状的平面，并且是位于与中心轴14正交的虚拟平面上的平面。光束控制部件4的全反射面12是从背面15的外周边缘延伸到凸缘部10的下面的外表面，并且是形成为围绕中心轴14的旋转对称面(大致圆锥梯形状的外表面)。在该光束控制部件4的全反射面12中，其外径随着从背面15接近凸缘部10而递增，其母线是朝向外侧(远离中心轴14的侧)凸出的圆弧状曲线。光束控制部件4的出射面11具有第1出射面11a，配置在比中心轴14(光轴8) 靠近被照射面6的位置；以及第2出射面11b，配置在比该第1出射面Ila远离被照射面6 的位置(参照图2)。光束控制部件4的第1出射面Ila是在中心轴14的周围在180°的角度范围内形成的大致半圆锥形状的非球面，并且将与被照射面6正交且包含中心轴14的剖面和第1出射面Ila之间的交线作为母线，将中心轴14作为旋转轴而在士90°的角度范围内旋转形成的曲面。形成为顶点17位于中心轴14上，并且形成为下端边缘(凸缘部10 上的端边缘)的最大径与全反射面12的最大径成相同径。另外，光束控制部件4的第2出射面lib是形成为沿中心线18的上端边缘(顶边)20与第1出射面Ila的顶点17成同一高度，并且形成为高度(从凸缘部10的上表面沿中心轴14的方向的高度)沿与中心线18 正交的方向而递减的倾斜面，并在中心轴的周围在180°的角度范围内被形成。这里，与中心轴14正交的虚拟平面21和第2出射面lib的夹角β 2大于与中心轴14正交的虚拟平面21和第1出射面Ila的母线的夹角β 1(β2 > β 1)。另外，通过以在俯视出射面11时与中心轴14正交的中心线18，区分第2出射面lib和第1出射面11a。另外，第1出射面 Ila和第2出射面lib通过以中心轴14为中心的线对称的一对直立壁22，22连接。如图4 的(c)和(d)所示，在该直立壁22中，其正面侧的形状为三角形状，从第1出射面Ila至第 2出射面lib为止沿中心轴14竖立，出射未能从第1出射面Ila和第2出射面lib出射的光中的一部分。在如上构成的光束控制部件4中，来自发光元件3的光中从第1入射面13a入射的光，直达第1出射面Ila和第2出射面lib。另外，从第2入射面1 入射的光在通过全反射面12全反射而集光后，到达第1出射面Ila和第2出射面lib。这里，将来自光束控制部件4的出射光中的、照射到被照射面6上的靠近光束控制部件4的位置的光称为“远离光轴的光”，将来自光束控制部件4的出射光中的、与光轴8的夹角小于“远离光轴的光” 的光称为“接近光轴的光”。通过形成光束控制部件4，以与“远离光轴的光”相比，使“接近光轴的光”的对被照射面6的入射角更大(若如图2所示地使用光束控制部件4)，从光束控制部件4的第1出射面Ila出射用于照射被照射面6的下端边缘6a至上端边缘6b为止的光。另外，从光束控制部件4的第2出射面lib出射朝向被照射面6的光且能够比从第 1出射面Ila出射的光出射向士X方向(宽度方向且与光轴8正交的方向)更加扩展地照射被照射面6的光。另外，从光束控制部件4的直立壁22出射能够照射被照射面6中特别是下端边缘6a侧(接近光束控制部件4的部分)的光。另外，通过使该直立壁22壁面粗糙化，能够将光从直立壁22扩散出射，并通过从直立壁22出射的光能够均勻且大范围地照射被照射面6的下端边缘6a侧。另外，与中心轴14正交的虚拟平面21和第2出射面lib的夹角β 2也可以相等于与中心轴14正交的虚拟平面21和第1出射面Ila的母线的夹角β 1 ( β 2 = β 1)，此夕卜，也可以略小于与中心轴14正交的虚拟平面21和第1出射面Ila的母线的夹角β 1 (β 2 < β 1)。另外，这样的光束控制部件4通过将全反射面12与未图示的支承板的定位孔卡合，将凸缘部10勾挂在未图示的支承板的上面，从而能够对于发光元件3定位，并且正确保持对发光元件3和被照射面6的姿势。(第1实施方式的效果)以下，与图5和图6所示的比较例对比，说明基于本实施方式的光束控制部件4的效果。在图5和图6所示的比较例的光束控制部件4中，出射面11的全范围形成为与本实施方式的第1出射面Ila的形状成同一形状。比较例的光束控制部件4的其他结构与本实施方式的光束控制部件4相同。另外，对比较例的光束控制部件4的、与本实施方式的光束控制部件4相同的结构部分附加相同的标号，并省略与本实施方式的光束控制部件4的说明重复的说明。图7是示意地表示从使用了比较例的光束控制部件4的照明装置2照射到被照射面6的照明光的、被照射面6上的照度分布的图(参照图2)。另外，在图7中，多个椭圆形的线是被照射面6上的照度的等高线。然后，照度的等高线越远离中央部，该值越低。图8是示意地表示从使用了本实施方式的光束控制部件4的照明装置2照射到被照射面6的照明光的、被照射面6上的照度分布的图。另外，在该图中，多个椭圆形的线也表示被照射面6上的照度的等高线。比较图7和图8可知，与比较例的光束控制部件4相比，本实施方式的光束控制部件4能够向X方向更加扩展被照射面6的照明区域(能够扩展照明宽度)。本实施方式的光束控制部件4在覆盖第2出射面11b，而仅由第1出射面Ila照射被照射面6时，如图9所示，与图8的照明区域相比，变成X方向上的宽度窄且低照度的照明光。另外，本实施方式的光束控制部件4在覆盖第1出射面11a，而仅由第2出射面lib 照射被照射面6时，变成Z方向上的宽度比图9所示的照明区域窄但X方向上的宽度比图 9所示的照明区域宽的照明光(参照图10)。然后，在本实施方式的光束控制部件4中，重叠图9和图10的照明光而成为图8所示的被照射面6的照明光。另外，在图7 图9中， 省略到达被照射面6的下端边缘6a的低照度的光的等高线。图11和图12是用于说明本实施方式的光束控制部件4的第2出射面lib的出射特性和比较例的光束控制部件4的出射面11 (与第2出射面lib对应的区域)的出射特性的差异的图，并且是示意地表示通过模拟实验求出的出射特性的结果的图。另外，图11的 (a)和图12的(a)是示意地表示与比较例的光束控制部件4有关的模拟实验结果的图，图 11的(b)和图12的(b)是示意地表示与本实施方式的光束控制部件4有关的模拟实验结果的图。另外，图11中的X轴、Y轴、Z轴分别与图2的X轴、Y轴、Z轴对应。另外，在图11 中，来自光束控制部件4的出射光到达的测量面23是位于与X-Y平面平行且从X-Y平面沿 Z轴方向间隔IOOOmm的位置的虚拟平面。另外，图12是从Z轴方向所见测量面23、光束控制部件4和X-Y平面的俯视图。然后，图12中的X轴、Y轴与图11的X轴、Y轴对应，图12 中的Z轴在纸面的法线方向上延伸。在这些图中，发光元件的发光面上的发光中心7为X轴、Y轴、Z轴之间的交点。然后，模拟实验是指，着眼于从发光面上的点且仅与Y轴方向相距0. 5mm的点的a点出射的
9光，求该光在光束控制部件4的内部如何传播，到达测量面23上的哪个位置。然后，表1和表2将该模拟实验的结果数值化而表示。另外，表1是表示与比较例的光束控制部件4有关的模拟实验的结果的表。另外，表2是表示与本实施方式的光束控制部件4的模拟实验的结果的表。表 1
XYZa0. 00. 50. 0b-0. 61. 20. 6C-1. 22. 01. 0d-2. 22. 67. 0e-141. 038. 31000. 0(单位mm)表 2
XYZa0. 00. 50. 0b-0. 61. 20. 6C-1. 22. 01. 0d-2. 32. 77. 2e-258. 8-1. 61000. 0(单位mm)这里，图11和图12的b点是从a点出射的光入射光束控制部件4的第2入射面 13b的位置。另外，图11和图12的c点是从b点入射到光束控制部件4的内部的光在全反射面12被反射的位置。另外，图11和图12的d点是在全反射面12的c点被反射的光到达出射面11 (lib)的位置(从出射面11 (lib)出射的位置)。另外，图11和图12的e点是从光束控制部件4的出射面Il(Ilb)上的点d出射的光到达测量面23的位置。如以上的模拟实验结果所示，在比较例的光束控制部件4和本实施方式的光束控制部件4中，入射面13的形状和全反射面12的形状相同，所以从a点至c点为止为相同位置。但是，比较例的光束控制部件4的出射面11的形状和本实施方式的光束控制部件4的出射面11 (第2出射面lib)的形状不同，d点和e点在比较例的光束控制部件4和本实施
10方式的光束控制部件4之间不同。特别是，e点在比较例的光束控制部件4和本实施方式的光束控制部件4之间极为不同。也就是说，从本实施方式的光束控制部件4的第2出射面 lib出射的光与从比较例的光束控制部件4的出射面11出射的光相比，到达从Z轴向-X方向大幅(约1.8倍)偏离的测量面23上的位置(e点)，并且到达-Y方向的测量面23上的位置(e点)。这里，图11和图12的-Y方向是比图2中的光轴8靠近被照射面6的位置。 因此，本实施方式的光束控制部件4的第2出射面lib能够控制比较例的光束控制部件4 的出射面11中无法到达被照射面6的光，以使其朝向被照射面6侧，提高用于照射被照射面6的光利用效率，并且能够向被照射面6的宽度方向(士X方向)上的宽范围照射光。如上所述，通过使用本实施方式的光束控制部件4，发光装置1和照明装置2不需要现有技术中使用的反射部件，所以能够至少与不需要反射部件相对应，实现结构的简单化、零件个数的削减，能够使制品价格廉价化。另外，通过使用本实施方式的光束控制部件4，发光装置1和照明装置2能够比现有技术实现小型化，能够比现有技术缩小设置空间。另外，使用了本实施方式的光束控制部件4的发光装置1和照明装置2，使用发光元件(LED等)3作为光源，所以与将卤素灯或放电灯作为光源的现有技术相比，能够实现省电化。(光束控制部件的第2实施方式)图13和图14是表示本发明的光束控制部件4的第2实施方式的图。这些图所示的本实施方式的光束控制部件4与第1实施方式的光束控制部件4的不同之处在于，第2 出射面lib的形状。本实施方式的光束控制部件4的其他结构与第1实施方式的光束控制部件4相同。另外，对本实施方式的光束控制部件4的、与第1实施方式的光束控制部件4 相同的结构部分附加相同的标号，并省略与第1实施方式的光束控制部件4的说明重复的说明。如图13和图14所示，本实施方式的光束控制部件4在第2出射面lib的中央部形成高倾斜面部Illv在图14的(a)的俯视图中，该高倾斜面部Ilb1形成为对中心线沈成为线对称，并从第1出射面Ila的顶点17大致扇状地形成，以使与第2出射面lib的其他部分的边界线25和中心线沈的夹角为规定的角δ (本实施方式中为45° )。另外，通过根据求出的出射光特性改变δ的角度，设定第2出射面lib中的高倾斜面部Ilb1的面积比率，以使其为最佳的数值。通过使用这样构成的本实施方式的光束控制部件4，能够获得与使用了第1实施方式的情况同样的效果，能够实现与第1实施方式的光束控制部件4的照明光的照度分布不同的照度分布的照明。(光束控制部件的第3实施方式)图15和图16是表示本发明的光束控制部件4的第3实施方式的图。这些图所示的本实施方式的光束控制部件4在出射面11不形成与第1实施方式的光束控制部件4的第2出射面lib同样的部分，全反射面12的大致一半的形状与第1实施方式的光束控制部件4不同。本实施方式的光束控制部件4的其他结构与第1实施方式的光束控制部件4相同。另外，对本实施方式的光束控制部件4的、与第1实施方式的光束控制部件4相同的结构部分附加相同的标号，并省略与第1实施方式的光束控制部件4的说明重复的说明。
11
如图15和图16所示，在本实施方式的光束控制部件4中，全反射面12形成第1 全反射面1 和第2全反射面12b。其中，第1全反射面1 与假设将第1实施方式的光束控制部件4沿中心轴14分为两个时的任何一方的全反射面12为相同形状。另外，第2全反射面12b形成为使假设将第1实施方式的光束控制部件4沿中心轴14分为两个时的任何另一方的全反射面12小径化，使反射光比第1全反射面1 侧更接近光轴。也就是说， 第2全反射面12b形成为使该出射面侧端边缘(上端边缘)27的半径R2比出射面Ila(Il) 的周围(与凸缘部连接的端边缘)28的半径Rl小的半径(R2 < Rl)，并形成为使其下端边缘30位于凹部16的开口端附近。其结果，第2全反射面12b与第1全反射面1 相比，从背面15侧朝向出射面11侧急剧直立。这样的本实施方式的光束控制部件4在构成照明装置2，代替图2中的第1实施方式的光束控制部件4时，在第1全反射面12a配置在比光轴8靠近被照射面6侧，第2全反射面12b配置在与被照射面6远离侧的状态下被使用。通过使用这样的本实施方式的光束控制部件4，能够获得与使用了第1实施方式的光束控制部件4的情况同样的效果。另外，通过将本实施方式的光束控制部件4的第2全反射面12b适用于第1实施方式和第2实施方式的光束控制部件4，并调整面形状，以使第2全反射面12b中的反射光为照射被照射面6的光，从而能够进一步提高用于照射被照射面6的光利用效率。(光束控制部件的第4实施方式)图17和图18是表示本发明的光束控制部件4的第4实施方式的图。这些图所示的本实施方式的光束控制部件4与第1实施方式的光束控制部件4的不同之处在于，第1 出射面Ila和第2出射面lib的形状。本实施方式的光束控制部件4的其他结构与第1实施方式的光束控制部件4相同。另外，对本实施方式的光束控制部件4的、与第1实施方式的光束控制部件4相同的结构部分附加相同的标号，并省略与第1实施方式的光束控制部件4的说明重复的说明。如图17和图18所示，在本实施方式的光束控制部件4中，第1出射面Ila的形状为非球面形状，与第1出射面Ila的形状大致为半圆锥面形状的第1实施方式的光束控制部件4不同。另外，在本实施方式的光束控制部件4中，第2出射面lib的外周面31形成与凸缘部10的外周面32 —致的大小，第2出射面lib的面积大于第1实施方式的光束控制部件4的第2出射面lib的面积。通过使用这样结构的本实施方式的光束控制部件4，能够获得与第1实施方式的光束控制部件4同样的效果，在利用凸缘部10作为光学面时，能够照射比第1实施方式的光束控制部件4更宽的范围。另外，通过将第3实施方式的光束控制部件4的第2全反射面12b适用于本实施方式的光束控制部件4，并调整面形状，以使第2全反射面12b中的反射光为照射被照射面 6的光，从而能够进一步提高用于照射被照射面6的光利用效率。另外，在本实施方式的光束控制部件4中，第1出射面Ila的形状为非球面形状， 所以能够实现与第1出射面Ila的形状大致为半圆锥面形状的第1实施方式的光束控制部件4不同的照度分布的照明。(光束控制部件的第5实施方式)
图19和图20是表示本发明的光束控制部件4的第5实施方式的图。这些图所示的本实施方式的光束控制部件4与第1实施方式的光束控制部件4的不同之处在于，第2 出射面lib的形状。本实施方式的光束控制部件4的其他结构与第1实施方式的光束控制部件4相同。另外，对本实施方式的光束控制部件4的、与第1实施方式的光束控制部件4 相同的结构部分附加相同的标号，并省略与第1实施方式的光束控制部件4的说明重复的说明。如图19和图20所示，在本实施方式的光束控制部件4中，第1实施方式的光束控制部件4的第2出射面lib的一部分形成与第1出射面Ila的形状相同的形状(大致为圆锥形状)。也就是说，在图20的(a)的俯视图中，在光束控制部件4的第2出射面lib中， 与第1实施方式的光束控制部件4的第2出射面lib同样地形成从中心线18起规定尺寸宽度的带状部分11b’，并且剩余部lib”形成与第1出射面Ila相同的形状。通过使用这样构成的本实施方式的光束控制部件4，能够获得与使用了第1实施方式的光束控制部件4的情况同样的效果，能够实现与第1实施方式的光束控制部件4的照明光的照度分布不同的照度分布的照明。另外，通过将第3实施方式的光束控制部件4的第2全反射面12b适用于本实施方式的光束控制部件4，并调整面形状，以使第2全反射面12b中的反射光为照射被照射面 6的光，从而能够进一步提高用于照射被照射面6的光利用效率。(上述各个实施方式的变形例)上述的各个实施方式的光束控制部件4例示了，第1出射面Ila的形状为沿中心轴14将圆锥面切去一半的形状，或者第1出射面Ila的形状为沿中心轴14将非球面切去一半的形状，但本发明并不限于此，第1出射面Ila的形状可以为半球面形状，第1出射面 Ila的形状也可以为与背面15平行的平面。另外，使用了上述各个实施方式的光束控制部件4的任一个的发光装置1根据被照射面6的大小，以适当的间隔被使用了多个。另外，对上述实施方式的照明装置2而言，例示了将发光装置1相对于被照射面6 配置在下方的斜前方的形态，但本发明并不限于此，也可以使照明装置2的上下反转(使其旋转180° )，将发光装置1相对于被照射面6配置在上方的斜前方，通过该发光装置1从上方的斜前方照射被照射面6。另外，也能够以设置在被照射面6的大致中心的、对被照射面6的法线为旋转轴，使上述实施方式的发光装置1旋转90°，并且使发光装置1在与X轴和被照射面6平行的方向上移动，调整相对于被照射面6的发光装置1的位置，将发光装置 1相对于被照射面6配置在左侧方或右侧方的斜前方，并通过该发光装置1从左侧方或右侧方的斜前方照射被照射面6。另外，也可以根据被照射面6的大小，使上述实施方式的发光装置1旋转规定角度，并且使发光装置1在与被照射面6平行的方向上移动，调整相对于被照射面6的发光装置1的位置，与被照射面6的角落(corner)部对应地配置发光装置1，并通过该发光装置1从角落部侧照射被照射面6。另外，优选根据相对于被照射面6的发光装置1的位置，调整发光装置1的仰角。(光束控制部件的支架)图21和图22是与用于在光束控制部件4相对于发光元件(例如，LED)3定位了的状态下将其保持的支架40有关的图。其中，图21是表示基板41上的发光元件3和支架(holder)40的卡合状态，并且表示光束控制部件4和支架40的卡合状态的剖面图。另外， 图22的(a)是支架40的俯视图，图22的(b)是沿图22的(a)的A7-A7线切断而表示支架40的剖面图，图22的(c)是支架40的仰视图。如这些图所示，支架40为有底筒状体，包括圆板形状的底部43，其与中心轴42 正交；以及锥状的筒状部44，其内径尺寸随着远离该底部43而递增。在支架40的底部43，形成四边形状的贯穿孔46，其保持微小的间隙而收纳发光元件3的角柱状的壳体45。然后，该支架40通过将底部43的贯穿孔46与发光元件3的壳体 45卡合，将底部43载置于基板41上，从而在其相对于发光元件3被定位的状态(使光轴8 和中心轴42 —致的状态)下被保持。支架40的筒状部44形成为使内周面47与光束控制部件4的全反射面12保持间隙48而卡合。然后，在筒状部44的开口端侧，环状地形成凸缘部收纳凹部50(参照图22 的(a))，其收纳并支承光束控制部件4的环状的凸缘部10。该凸缘部收纳凹部50包括凸缘部支承面51，其与光束控制部件4的凸缘部10的下表面抵接；以及凸缘部定位面52，其与光束控制部件4的凸缘部10的外周面抵接地卡合。凸缘部支承面51形成为其自底部43 的内表面的高度尺寸(沿中心轴42的尺寸)相等于或略大于从光束控制部件4的凸缘部 10的下面到背面15为止的沿中心轴14的尺寸，并支承凸缘部10，以使光束控制部件4的背面15不与发光元件3接触。然后，通过使用粘接剂等将支架40的底部43固定在基板41上，并使用粘接剂等将光束控制部件4的凸缘部10固定在支架40的凸缘部收纳凹部50内，从而光束控制部件 4在通过支架40相对于发光元件3被定位的状态下被保持。由此，发光元件3、支架40以及光束控制部件4在被定位的状态下组装到基板41上，以使发光元件3的光轴8、支架40 的中心轴42、以及光束控制部件4的中心轴14在同一轴上。另外，本实施方式的支架40与光束控制部件4同样，由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)、EP (环氧树脂)等透明树脂材料或透明玻璃形成，所以也可以作为第 2光束控制部件发挥功能。也就是说，如图23所示，本实施方式的支架40使从光束控制部件4的背面15侧和发光元件3之间的间隙53漏出的、来自发光元件3的光，从底部43的贯穿孔46的边缘 54或贯穿孔46的内壁表面入射，通过底部43将该入射光引向筒状部44侧，使到达筒状部 44的光从筒状部44的外表面折射并出射，能够用作被照射面6的靠近发光元件3的区域 (被照射面6的下端边缘6a侧)的照明光(参照图幻。这里，支架40的底部43和筒状部 44的形状形成为与从光束控制部件4出射而照射被照射面6的光相比，能够出射可照射靠近发光元件3的被照射面6的光。另外，经由支架40向被照射面6侧出射的光是因与发光元件3的光轴8的角度大而无法入射光束控制部件4的光，而且与入射光束控制部件4的光相比，是低亮度的光，但被照射面6上的光的到达位置靠近发光元件3，对被照射面6的入射角度小，所以抑制光的衰减，并作为照明光有效地利用(参照图2)。通过将这样的本实施方式的支架40用作第2光束控制部件，能够利用从光束控制部件4出射的高亮度的光(光轴8附近的光)照射远离发光元件3的被照射面6，并利用从支架40出射的低亮度的光照射距发光元件3较近的被照射面6，所以能够实现高效率且高品质的照明。
另外，本实施方式的支架40例示了与光束控制部件4分别形成的形态，但也可以将支架40的一部分或整体与光束控制部件4 一体形成。另外，也可以将控制低亮度的光的部分与支架40和光束控制部件4分开作为单体另行形成。另外，不限于从光束控制部件4的背面15和发光元件3之间的间隙53漏出的光， 本实施方式的支架40也可以使从发光元件3出射的光中的低亮度(指大幅超过亮度半光强角的程度的亮度，例如最大亮度的30%以下的光)的光向被照射面6出射(参照图2)。另外，支架40的形状并不限定于上述实施方式的形状(参照图21 图22)，只要是能够使光折射并出射而可使低亮度的光出射到被照射面6的靠近发光元件3的区域的形状即可。另外，支架40只要能够通过底部43以外的筒状部44等，将低亮度的光出射到被照射面6的靠近发光元件3的区域，也可以省略底部43。(光束控制部件的其他使用例)图M和图25表示将本发明的光束控制部件4(第1实施方式的光束控制部件4) 用于内照式的照明装置60的例子。另外，图对的(a)是从斜上方所见的、表示本发明的内照式的照明装置60的外观立体图。另外，图M的(b)是去除构成本发明的内照式的照明装置60的壳体61的左侧面侧而表示的侧视图。另外，图25的(a)是表示本发明的内照式的照明装置60的内部结构的俯视图，而且是去除构成壳体61的顶板而表示照明装置60的俯视图。另外，图25的(b)是沿图对的(b)的A8-A8线切断而示出的照明装置60的正面图。如这些图所示，内照式的照明装置60使具有透光性的平板状的被照明部件(例如，广告板)62对向且平行地成对配置，通过底板63支承这些被照明部件62和62的下端， 分别通过侧板64密封这些被照明部件62和62的左侧端间的间隙和右侧端间的间隙，通过顶板65密封这些被照明部件62和62的上端，形成其内部具有空间66的壳体61。然后， 该照明装置60通过将多个发光装置1 一列地安装在构成壳体61的底板63的上表面63a 上，从而在壳体61的内部收纳多个发光装置1，并通过多个发光装置1，从一对被照明部件 62和62的背面侧(内部空间侧)的斜前方且下端侧照射被照明部件62的被照射面(内面)62a。发光装置1配置在底板63上，以使光轴8与被照明部件62的被照射面6 和6 平行，并且配置在底板63上，以使光轴8沿Z轴方向延伸。在俯视时(从顶板65侧沿Z轴看底板63侧时)，构成发光装置1的光束控制部件 4配置为与相邻的其他光束控制部件4朝向相差180°。也就是说，交替配置主要照射一对被照射面6 和62a中的一方的被照射面62a的光束控制部件4(第1群的光束控制部件 4》和主要照射另一方的被照射面62a的光束控制部件4(第2群的光束控制部件42)，各个光束控制部件I和42的第1出射面Ila配置在作为主要的照明对象的被照射面62侧。图沈的(a)表示在本发明的照明装置60中的、一对的被照射面6 和6 中的一方的被照射面62a的照明状态。另外，在图沈的(a)的被照射面62a中，利用控空部分表示来自光束控制部件I和42的光充分照射的部分。如该图沈的(a)所示，一方的被照射面6 通过第1群的光束控制部件4在士X 方向上被大范围地照射，并且被照射到下端边缘62b为止。另外，在一方的被照射面6 中，通过来自第2群的光束控制部件42的光，照射来自第1群的光束控制部件I的光难以到达的区域且第1群的光束控制部件I和I间的X轴方向中间区域。其结果，在本发明的内照式的照明装置60中，通过第1群和第2群的光束控制部件4(4”42)照射一方的被照射面 62a,以使来自第1群的光束控制部件I的光的照射范围67由来自第2群的光束控制部件 42的光的照射范围68补充，除了下端边缘62b侧的微小区域(不控空的部分)70以外，整体为均勻的照度分布。另外，另一方的被照射面6 通过第2群的光束控制部件42在士X方向上被大范围地照射，并且被照射到下端边缘62b为止。另外，在另一方的被照射面62a中，通过来自第1群的光束控制部件I的光，照射来自第2群的光束控制部件42的光难以到达的区域且第2群的光束控制部件I和42间的X轴方向中间区域。其结果，在本发明的内照式的照明装置60中，通过第1群和第2群的光束控制部件4(4”42)照射另一方的被照射面62a，以使来自第2群的光束控制部件42的光的照射范围由来自第1群的光束控制部件t的光的照射范围补充，除了下端边缘62b侧的微小区域以外，整体为均勻的照度分布。也就是说，在本发明的内照式的照明装置60中，通过第1群和第2群的光束控制部件4(1和42)，照射一对被照明部件62和62的被照射面6 和62a，以使整体为均勻的照度分布，除了下端边缘62b的微小区域以外。图沈的(b)表示使用了比较例(参照图5和图6)的光束控制部件4代替本发明的光束控制部件4(第1实施方式的光束控制部件4)的照明装置60中的、一方的被照射面 62a的照明状态。另外，在图沈的(b)的被照射面62a中，用虚线包围来自光束控制部件4 的光的照射范围而进行表示，用实线包围被照射面62a上特别明亮的范围(明部71)并以控空部分来表示。如该图沈的(b)所示，在一方的被照射面62a中，相邻的光束控制部件4和4的中间部分被识别为暗部。这是因为，来自光束控制部件4的光集中照射到较窄的范围，所以与图沈的(a)的被照射面6 相比，在以虚线表示的照射范围中，明部71被视觉辨认为特别明亮。另外，在使用了比较例的光束控制部件4的照明装置60中，另一方的被照射面6 的照度分布为与一方的被照射面62a同样的照度分布。这样，使用了本发明的光束控制部件4⑷、42)的照明装置60与使用了比较例的光束控制部件4的照明装置60相比，能够显著提高照明质量。图27是用于说明本发明的第1群的光束控制部件4J4)、本发明的第2群的光束控制部件42 (4)、比较例的光束控制部件4之间的出射特性的差异的图，并且是用于说明通过模拟实验求出的各个光束控制部件4”42和4的出射特性的差异的图。另外，图27的(a) 是示意地表示比较例的光束控制部件4的模拟实验结果的图。另外，图27的(b)是示意地表示本发明的第1群的光束控制部件4工的模拟实验结果的图。另外，图27的(c)是示意地表示本发明的第2群的光束控制部件42的模拟实验结果的图。另外，图27中的X轴、Y轴、 Z轴分别与图M的X轴、Y轴、Z轴对应。另外，在图27中，来自光束控制部件4”42和4的出射光到达的测量面73是位于与X-Y平面平行且从X-Y平面沿Z轴方向间隔200mm的位置的虚拟平面。在图27中，发光元件的发光面上的发光中心7为X轴、Y轴、Z轴之间的交点。然后，模拟实验着眼于从作为发光中心7的a点出射的光，求该光在光束控制部件4的内部如
16何传播，并到达测量面73上的哪个位置。然后，表3 表5将该模拟实验的结果数值化而表示。另外，表3表示与比较例的光束控制部件4有关的模拟实验的结果。另外，表4表示与本发明的第1群的光束控制部件I有关的模拟实验的结果。另外，表5表示与本发明的第2群的光束控制部件42有关的模拟实验的结果。另外，这些表3 表5中的数值的单位为毫米(mm)。表权利要求
1.一种光束控制部件，将来自发光元件的光从被照射面的斜前方侧的位置倾斜地照射到所述被照射面，其中，配置为所述光束控制部件的中心轴与所述发光元件的光轴一致， 所述光束控制部件包括入射面，使来自所述发光元件的光入射；全反射面，将从所述入射面入射的光的一部分全反射并集光；以及出射面，出射由所述全反射面反射的光以及从所述入射面直达的光，所述入射面为凹部的内表面，该凹部与所述发光元件对向地形成在背面侧，所述入射面包括第1入射面，位于所述凹部的底部；第2入射面，位于该第1入射面与所述凹部的开口边缘之间，所述全反射面形成在所述背面侧和所述出射面侧之间，并且形成为围绕所述光轴，并将主要从所述入射面中的第2入射面入射的光向所述出射面侧全反射，所述出射面包括第1出射面，形成在与所述背面相反侧的位置且形成在所述光轴的周围，并配置在比所述光轴更靠近所述被照射面侧；第2出射面，配置在比所述第1出射面更远离所述被照射面的位置侧，所述第2出射面形成为，与来自将所述发光元件的光轴作为旋转轴而使所述第1出射面旋转180度的面的出射光的配光特性相比，来自所述第2出射面的出射光的、朝向所述被照射面的光束较多。
2.如权利要求1所述的光束控制部件，其中，所述第1出射面是，将与所述被照射面正交且包含所述中心轴的剖面和所述第1出射面之间的交线作为母线，并将所述中心轴作为旋转轴，在士90°的角度范围内旋转该母线而形成的曲面，所述第2出射面是，在俯视所述出射面时沿与所述中心轴正交的中心线而与所述第1 出射面区分开，并且沿所述中心线形成了与所述第1出射面的顶点相同高度的顶边的倾斜面，而且是形成为随着远离所述顶边而高度递减的倾斜面，所述第1出射面和所述第2出射面通过以所述中心轴为中心形成线对称的一对直立壁连接。
3.如权利要求2所述的光束控制部件，其中， 使所述直立壁壁面粗糙化。
4.如权利要求1所述的光束控制部件，其中，所述全反射面包括第1全反射面，配置在比所述光轴更靠近所述被照射面侧；第2全反射面，配置在比所述第1全反射面更远离所述被照射面的位置侧，所述第2全反射面形成为，其反射光比所述第1全反射面上的反射光更接近光轴。
5.如权利要求1所述的光束控制部件，其中，所述光束控制部件相对于所述被照射面被配置成，从所述发光元件的发光中心延伸的光轴随着远离所述发光中心而接近所述被照射面。
6.一种发光装置，包括 发光元件；以及所述权利要求1至权利要求5中任一项所述的光束控制部件。
7.一种照明装置，包括权利要求6所述的发光装置；以及被照射面，被来自该发光装置的出射光照射，所述发光装置被配置为，若将所述出射光中照射到所述被照射面上靠近所述发光装置的位置的光称为远离光轴的光，而将所述出射光中与所述光轴的夹角小于所述远离光轴的光与该光轴形成的角度的光称为靠近光轴的光，则所述靠近光轴的光对于所述被照射面的入射角大于所述远离光轴的光对于所述被照射面的入射角。
全文摘要
本发明涉及光束控制部件、发光装置以及照明装置，公开了削减发光装置和包括该发光装置的照明装置的零件个数，实现这些装置的结构的简单化、小型化的光束控制部件。在该光束控制部件(4)中，全反射面(12)作为反射部件发挥功能，将从入射面(13)入射而到达了全反射面(12)的、来自发光元件(LED等)(3)的光，通过全反射面(12)向出射面(11)第1出射面(11a)和第2出射面(11b))侧全反射，并且将来自第2出射面(11b)的照明光与来自第1出射面(11a)的照明光重叠而有效地利用来自发光元件(LED等)(3)的光，并且大范围地照射被照射面(6)。
文档编号F21V5/04GK102207277SQ20111007864
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者关晃伸, 山田恭平, 河原纪之, 高鸟洋 申请人:恩普乐股份有限公司