專利名稱：照明設(shè)備和使用該照明設(shè)備的照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在水平面照度和垂直面照度上都具有高照度的防盜燈、路燈、街燈等照明裝置和在該照明裝置中使用的照明設(shè)備。
背景技術(shù)：
為了保障交通安全、防止犯罪等，多數(shù)的防盜燈等照明裝置設(shè)置在室外。防盜燈在防止犯罪方面的照明效果希望達到(1)能夠看清細遠處的人的大概容貌，(2)能夠看清細遠處的行人的舉動和姿勢。為了滿足所述照明效果，作為照度基準分別規(guī)定為(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，作為防盜燈等照明裝置希望不使光源的輸出變大，就能將滿足上述照度基準的范圍擴大至更遠的距離。由此，能夠節(jié)能、且減少照明裝置的設(shè)置數(shù)量，并且可以有效地保障交通安全或防止犯罪。一般來說，防盜燈等照明裝置大多以設(shè)置高度為4. 5m、設(shè)置間隔約為35m的方式安裝在電線桿或柱子上。在這種情況下，在相鄰照明裝置正下方的距道路的高度為1. 5m位置上的垂直面照度由來自照明裝置的85°的大體水平方向的光度確定。由于照度與距離的平方成反比減少，所以如果不對照明裝置的配光特性進行控制來使大體水平方向的光度變大，則很難得到滿足上述照度基準的照度。專利文獻1 (日本專利公開公報特開2000-331504號)和專利文獻2 (日本專利公開公報特開2004-63174號)記載了用于控制照明裝置的配光特性的方法。在所述專利文獻1和專利文獻2記載的照明裝置中，形成被稱為反射鏡的反射構(gòu)件，并在照明裝置的罩上形成棱鏡，通過對這些反射鏡、棱鏡進行適當?shù)慕M合來控制配光特性，從而使水平方向的光度變大。然而，上述以往的照明裝置具有以下問題。近年來，從省電、延長使用壽命的角度考慮，開發(fā)出了很多采用LED光源的照明裝置。在采用LED光源的照明裝置中，為了確保照明器具發(fā)出的光束，大多排列多個LED光源來使用，從而增大了光源面積。在這種情況下，為了相對于反射鏡、棱鏡的面積增加光源面積的比率，從各種方向使光向反射鏡、棱鏡照射。由于反射鏡、棱鏡的形狀設(shè)定成要將以特定的角度入射的光向特定的角度進行反射和/或折射，所以如果光從各種方向入射，則難以設(shè)定反射鏡、棱鏡的形狀。因此，存在的問題是很難得到通過控制配光特性使光學(xué)特性良好的照明裝置。此外，為了解決所述問題，在使反射鏡、棱鏡的面積變大、使光源面積的比率變小的情況下，又產(chǎn)生使照明裝置大型化的問題。此外，在設(shè)置于道路上的照明裝置中，重要的是在與道路前進方向和寬度方向平行的兩個平面上控制配光。但是，現(xiàn)有技術(shù)中記載的棱鏡的形狀為向一個方向延伸，因而例如存在如下問題即只能控制與道路前進方向平行的平面等一個平面的配光特性。為了控制兩個平面的配光特性，必須還組合使用反射鏡，從而增加了部件數(shù)量。此外，雖然有利用照明裝置的箱體作為反射鏡的方法，但是這樣就不能自由地設(shè)計箱體。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種照明設(shè)備，其特征在于包括LED或LD等光源；以及透明的光學(xué)構(gòu)件，形成有從所述光源照射出的光的入射面和出射面，在所述入射面和所述出射面的至少一個上形成有透鏡，當把透鏡的光軸方向作為Z軸方向時，所述透鏡在X軸方向和Y軸方向上使光產(chǎn)生折射的能力不同，所述Y軸方向是與所述X軸方向垂直的方向。從光源照射出的光向所述光學(xué)構(gòu)件照射，通過被所述光學(xué)構(gòu)件的入射面和出射面折射而改變方向。按照本發(fā)明的照明設(shè)備，由于在所述入射面和出射面的至少一個上形成有在X軸方向和Y軸方向上折射能力不同的透鏡，所以可以分別獨立控制與X軸和Y軸對應(yīng)的配光方向。因此，通過一個光學(xué)構(gòu)件，就能夠控制所述X軸和所述Y軸兩個軸向的配光特性。此外，本發(fā)明的照明設(shè)備中，在所述X軸方向和Y軸方向上折射能力不同的透鏡是柱狀凹透鏡和柱狀凸透鏡，所述柱狀凸透鏡形成在與形成有所述柱狀凹透鏡的表面相對的表面上，所述柱狀凹透鏡的母線和所述柱狀凸透鏡的母線垂直相交。按照上述實施方式的照明設(shè)備，所述柱狀凹透鏡和所述柱狀凸透鏡彼此垂直配置。通過分別控制所述柱狀凹透鏡和所述柱狀凸透鏡的子線方向的剖面形狀，能夠分別獨立控制與透鏡的子線方向平行的剖面的配光特性。此外，柱狀凹透鏡和柱狀凸透鏡都不需要價格高的3軸的加工裝置，從而能夠降低模具成本。此外，本發(fā)明的照明設(shè)備中，在所述X軸和Y軸上折射能力不同的透鏡是橢圓體凹透鏡或橢圓體凸透鏡。通過控制所述橢圓體的長軸方向和短軸方向的剖面形狀，能夠獨立控制與所述長軸方向或所述短軸方向平行的剖面的配光特性。此外，本發(fā)明一種實施方式的照明設(shè)備，其特征在于，所述光源的光軸配置成與形成在所述入射面或所述出射面上的至少一方的透鏡的幾何中心軸偏移。按照本實施方式，由于所述光源和所述透鏡的光軸彼此偏移，所以能夠以偏離光源的光軸方向的位置為中心來控制配光特性。即，能夠使光優(yōu)先朝向與光源的光軸方向傾斜的方向擴散或聚攏。通過在光源配置成V形等的照明裝置中安裝本發(fā)明的照明設(shè)備，可以有效地使光擴散。此外，在本發(fā)明的照明裝置中，以陣列形、呈面狀等排列多個所述照明設(shè)備，來形成所述照明裝置?？梢詫崿F(xiàn)使與各種用途對應(yīng)的照明裝置小型化。通過如下所示的記載可以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點。此外，通過參照附圖進行的以下說明，可以了解本發(fā)明的優(yōu)點。
按照本發(fā)明的照明設(shè)備和照明裝置，通過一個光學(xué)構(gòu)件，就可以控制兩個軸向的配光特性，使配光特性最佳化。因此，可以得到不使用反射鏡等、設(shè)計性良好的照明裝置，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裝置。此外，按照本發(fā)明的照明設(shè)備，由于所述光源和所述透鏡的幾何中心軸彼此偏移， 所以可以使光優(yōu)先朝向與配置有光源的表面的法線方向傾斜的方向擴散或聚攏。通過在光源呈V形等傾斜配置的照明裝置中安裝該照明設(shè)備，可以有效地使光擴散，所以能夠得到配光特性更加良好的照明裝置。此外，即使在具有多個所述光源而使光源面積變大的情況下，由于本發(fā)明的照明設(shè)備緊湊，所以不會導(dǎo)致安裝了本發(fā)明照明設(shè)備的照明裝置大型化，且可以得到配光特性良好的照明裝置。


圖1是用于說明本發(fā)明第一實施方式的照明設(shè)備的圖，(a)是該照明設(shè)備的立體圖，(b)是(a)的A-A剖視圖，(c)是(a)的Β-Β剖視圖。圖2是用于說明采用了本發(fā)明照明設(shè)備的照明裝置一個例子的圖。圖3是表示配光特性的模擬結(jié)果的圖，(a)表示將第一實施方式的照明設(shè)備應(yīng)用于圖2所示的照明裝置時的配光特性的模擬結(jié)果，(b)表示比較例的配光特性的模擬結(jié)果。圖4是用于說明本發(fā)明第二實施方式的照明設(shè)備的圖。圖5是表示將第二實施方式的照明設(shè)備應(yīng)用于圖2所示的照明裝置時的配光特性的模擬結(jié)果的圖。附圖標記說明10照明設(shè)備12LED 光源13 基板14光學(xué)構(gòu)件16入射面18出射面22柱狀凹透鏡24柱狀凸透鏡26橢圓體凹透鏡28橢圓體凸透鏡50照明裝置Sl柱狀凹透鏡22的幾何中心軸S2柱狀凸透鏡M的幾何中心軸S3橢圓體凹透鏡沈的幾何中心軸S4橢圓體凸透鏡28的幾何中心軸JlLED光源12的光軸
具體實施方式
下面利用以下實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。另外，在以下的說明中，表示相同功能和作用的構(gòu)件采用相同的附圖標記，并省略了說明。(第一實施方式)圖1是說明第一實施方式的照明設(shè)備10概要的圖，(a)是該照明設(shè)備10的立體圖，(b)是(a)的A-A剖視圖，(c)是(a)的Β-Β剖視圖。另外，在以下的實施方式中，雖然采用LED作為光源來進行說明，但是本發(fā)明除了 LED以外，也能夠采用半導(dǎo)體激光等其他光源。光學(xué)構(gòu)件14在與LED光源12相對的入射面16上形成有柱狀凹透鏡22，并且在出射面18上形成有柱狀凸透鏡M，該出射面18是與所述入射面16相反一側(cè)的表面。把與光的入射和出射相關(guān)的軸向作為Z軸，把所述柱狀凹透鏡22的母線方向設(shè)定為Y軸、子線方向設(shè)定為X軸。此外，柱狀凸透鏡M的母線方向為X軸，子線方向為Y軸。柱狀凹透鏡的母線方向的曲率為0，子線方向的曲率小于0，透鏡在X軸方向、Y軸方向上使光發(fā)生折射的能力不同。同樣，柱狀凸透鏡的母線方向的曲率為0，子線方向的曲率大于0，透鏡在X軸方向、Y軸方向上使光發(fā)生折射的能力不同。此外，柱狀凹透鏡22和柱狀凸透鏡24的母線方向彼此垂直。在本實施方式中，LED光源12在作為印刷電路板等的基板13上形成矩陣狀，以所述柱狀凹透鏡22和所述柱狀凸透鏡M的交點分別與LED光源12 —一對應(yīng)的方式，排列多個柱狀凹透鏡22和多個柱狀凸透鏡對，從而形成本發(fā)明的照明設(shè)備10。此外，在與LED光源12相對的表面上形成有柱狀凹透鏡22的情況下，在LED光源 12和光學(xué)構(gòu)件14之間形成有空間。因此，柱狀凹透鏡22不僅用來實現(xiàn)本發(fā)明控制配光特性的首要目的，還具有防止因LED光源12發(fā)熱導(dǎo)致光學(xué)構(gòu)件14劣化的效果。另外，雖然通過使作為光學(xué)構(gòu)件14下表面的入射面16和LED光源12之間保持一定的距離，也可以防止光學(xué)構(gòu)件14劣化，但是在如本實施方式那樣在陣列形中使用的情況下，由于從LED光源12照射出的光容易照射到相鄰的透鏡中，所以難以控制配光特性。由于在作為光學(xué)構(gòu)件14下表面的入射面16和LED光源12之間的距離有限度，所以通過設(shè)置柱狀凹透鏡22使所述空間變大，從而可以防止因LED光源12發(fā)熱導(dǎo)致光學(xué)構(gòu)件14劣化。如圖1的(b)所示，柱狀凹透鏡22設(shè)定成能使光擴散的形狀，從LED光源12照射出的光通過柱狀凹透鏡22在XL平面內(nèi)擴散。另外，在第一實施方式中，作為一個例子，柱狀凹透鏡22的子線方向的剖面形狀為橢圓形，該橢圓形的長半軸為6. 5mm、兩個焦點之間的距離為8. 0mm。此外，柱狀凹透鏡22的幾何中心軸S 1和LED光源12的光軸Jl在作為柱狀凸透鏡對的母線方向的X軸方向上彼此偏移，該LED光源12的光軸Jl與作為強度分布中心軸的Z軸方向平行。由此，本發(fā)明的照明設(shè)備10把相對于LED光源12的光軸Jl方向偏移的方向作為中心軸，可以使光擴散。換句話說，通過使LED光源12的光軸Jl和柱狀凹透鏡22的幾何中心軸Sl沿柱狀凸透鏡M的母線方向彼此偏移，能夠以偏向-X方向或+X方向的方式使光擴散。圖1的(c)是表示作為圖1的(a)所示的光學(xué)構(gòu)件14的B-B剖面的YL平面。柱狀凸透鏡M設(shè)定成能使光聚攏的形狀，從LED光源12照射出的光，通過柱狀凸透鏡M在⑵平面內(nèi)聚攏。另外，在第一實施方式中，作為一個例子，柱狀凸透鏡M的子線方向的剖面形狀為圓形，該圓形的半徑為6mm。此外，LED光源12的光軸Jl和柱狀凸透鏡M的幾何中心軸
S2 一致。另外，柱狀凸透鏡M也可以與上述柱狀凹透鏡22的情況相同，通過使柱狀凸透鏡 24的幾何中心軸S2和LED光源12的光軸Jl在作為柱狀凹透鏡22的母線方向的Y軸方向上彼此偏移，從而使光朝向-Y方向或+Y方向聚攏。因此，當想要控制在H平面內(nèi)聚攏的光的方向時，也可以將LED光源12的光軸Jl 和柱狀凸透鏡M的幾何中心軸S2設(shè)定成彼此偏移。另外，柱狀凹透鏡22和柱狀凸透鏡M的形狀、以及柱狀凹透鏡22的幾何中心軸 Si、柱狀凸透鏡M的幾何中心軸S2和LED光源12的光軸Jl之間的距離等，可以考慮必要的配光特性、使用光學(xué)解析軟件等來得出。此外，作為光學(xué)構(gòu)件14的材料除了使用丙烯酸樹脂以外，只要是在可見光區(qū)域內(nèi)透光性良好且透射系數(shù)大的材料即可，例如使用聚苯乙烯樹脂、甲基丙烯樹脂、聚碳酸酯樹脂或玻璃等。在上述記載的照明設(shè)備10中，通過形成在光學(xué)構(gòu)件14上的柱狀凹透鏡22和柱狀凸透鏡對，對從LED光源12照射出的光進行配光控制。柱狀凹透鏡22具有使光擴散的功能，柱狀凸透鏡M具有使光聚攏的功能。此外， 由于柱狀凹透鏡22和柱狀凸透鏡M的母線方向彼此垂直，所以僅通過光學(xué)構(gòu)件14，就可以獨立控制TL平面和YL平面這兩個平面的配光特性。此外，由于形成在光學(xué)構(gòu)件14上的柱狀凹透鏡22和柱狀凸透鏡M分別與LED光源12 —一對應(yīng)，所以光學(xué)構(gòu)件14的大小與光源12的尺寸相同，從而可以實現(xiàn)照明裝置小型化和薄型化。圖2表示使用了本發(fā)明照明設(shè)備的照明裝置50的示意圖。照明裝置50為將本實施方式中說明的照明設(shè)備10配置成V形，并且向紙面下方照射光。在照明裝置50中，為了使光源光束與采用了熒光燈等其他光源的照明裝置相同， 在基板13上將多個LED光源12配置成陣列形。另外，在本實施方式中，作為一個例子，照明設(shè)備10中將LED光源12沿X軸方向以Ilmm為間距排列8列，沿Y軸方向以8. 5mm為間距排列28列，在TL平面上觀察，以呈V 形的方式使用兩個上述照明設(shè)備10。LED光源12的個數(shù)合計為448個，光源光束合計為^OOlm。此外，將兩個照明設(shè)備10配置成V形，使其夾角為120°。另外，LED光源12的個數(shù)和光束可以根據(jù)照明裝置所需要的光束大小來適當?shù)馗淖冊O(shè)定。此外，照明設(shè)備10的夾角也可以根據(jù)照明裝置需要進行設(shè)計的、未圖示的箱體、燈罩等來適當?shù)馗淖冊O(shè)定。
在這種照明裝置50中，將照明設(shè)備10配置成V形，該照明設(shè)備10在基板13上以矩陣狀排列有多個LED光源12。在這種情況下，使從各照明設(shè)備10照射出的光向-X軸、 +X軸方向擴散，通過對所述光進行組合，可以有效地使從照明裝置照射出的光向士X軸方向擴散。圖3的(a)表示模擬第一實施方式照明裝置50的配光特性的結(jié)果。圖3的(b) 表示作為比較例沒有光學(xué)構(gòu)件14時的配光特性。另外，模擬條件如下考慮到實際安裝在道路等上時的形態(tài)，以仰角為20°、即以 X軸為轉(zhuǎn)動軸傾斜20°來設(shè)置照明裝置50。由于圖2所示的本實施方式的照明裝置50通過光學(xué)構(gòu)件14的柱狀凹透鏡22使光在)(Z平面上擴散，在把與0°相比朝向90° —側(cè)作為廣角一側(cè)的情況下，可以看出本實施方式廣角時的光度大于比較例。此外，由于通過光學(xué)構(gòu)件14的柱狀凸透鏡M使光在TL 平面上聚攏，所以與比較例相比本實施方式的配光特性表現(xiàn)為聚攏。此外，在將第一實施方式的照明裝置50設(shè)置在道路上的情況下，表1表示模擬其照度的結(jié)果。比較例表示沒有光學(xué)構(gòu)件14時的該數(shù)值。表 1照度的解析結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種照明設(shè)備，其特征在于包括 光源；以及光學(xué)構(gòu)件，相對于從所述光源照射出的光，具有入射面和出射面， 在所述入射面和所述出射面的至少一個上形成有透鏡，所述透鏡在X軸和Y軸上折射能力不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其特征在于，在所述X軸和Y軸上折射能力不同的透鏡是柱狀凹透鏡和柱狀凸透鏡，所述柱狀凸透鏡形成在與形成有所述柱狀凹透鏡的表面相對的表面上，所述柱狀凹透鏡的母線和所述柱狀凸透鏡的母線垂直相交。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其特征在于，在所述X軸和Y軸上折射能力不同的透鏡是橢圓體凹透鏡或橢圓體凸透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其特征在于，所述光源的光軸配置成與形成在所述入射面或所述出射面上的至少一方的透鏡的幾何中心軸偏移。
5.一種照明裝置，其特征在于，使用權(quán)利要求1 4中任意一項所述的照明設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明提供一種照明設(shè)備和使用該照明設(shè)備的照明裝置，該照明設(shè)備包括光源(12)；以及光學(xué)構(gòu)件(14)，用于控制從光源(12)照射出的光的配光特性。光學(xué)構(gòu)件(14)相對于從光源(12)照射出的光，具有入射面(16)和出射面(18)。在入射面(16)和出射面(18)的至少一個上形成有透鏡，所述透鏡在X軸和Y軸上折射能力不同。由此，通過僅由光學(xué)構(gòu)件來控制兩個方向的配光特性，可以得到設(shè)計性良好的照明裝置，并且可以提供具有較大的水平面照度和垂直面照度的照明裝置。
文檔編號G02B3/02GK102317681SQ201080007590
公開日2012年1月11日 申請日期2010年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者上田健, 名倉秀明, 酒井邦哲 申請人:夏普株式會社