專利名稱：照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用面光源的照明裝置。
背景技術(shù)：
最近，亮度大幅提高的發(fā)光二極管(LED)由于能量消耗量小，因而取代以往的白熾燈泡，開始用作照明裝置(LED燈泡)用的光源。此時，作為LED燈泡的配光分布特性，要求與以往的白熾燈泡相同。然而，由于藍色LED的芯片具有接近朗伯(Lambertian)的發(fā)光分布特性，因而藍色LED和利用熒光體的白色或燈泡色等的LED光源也具有大致接近朗伯的配光分布特性。 這里，朗伯是指，發(fā)光強度針對觀測角的分布與觀測角的cos (余弦)成正比的發(fā)光分布。因此，在使用LED作為光源的情況下，不能向白熾燈那樣進行光繞入到光源的后側(cè)的照射，即
以上的立體角的照射，并且發(fā)光面的正面方向的光強度增強。因此，為了使用LED，針對 2 π以上的立體角，朝各種方向照射充分量的光，考慮大致分為2種方法。第一種方法是將 LED芯片朝各種方向立體配置的方法，然而制造成本增加，并且在LED的熱設(shè)計方面也產(chǎn)生問題。第二種方法是在光源的正面配置用于控制光的方向的光學(xué)元件的方法，然而不存在效率良好地形成理想配光分布的光學(xué)元件。另一方面，在現(xiàn)有技術(shù)中，開發(fā)出通過光學(xué)元件變更從光源射出的光的路徑的照明裝置。然而，現(xiàn)有的照明裝置無論是使用點光源的照明裝置(例如，專利文獻1和2)，還是使用面光源的照明裝置，都是針對光源大小使用充分大的光學(xué)元件，將焦距設(shè)定得盡可能長來提高準直性能，從而朝一定方向照射光的照明裝置(例如，專利文獻3)。并且，一般，盡管是準直以外的(例如使光線分散的)目的，也是光學(xué)元件的大小針對光源的大小越大，越容易控制光線方向。這是因為，光學(xué)元件的光學(xué)面越處于遠離光源的位置，就越唯一決定入射到光學(xué)面上的任意位置的光線的方向，因而可自由控制全部光線。反之，光學(xué)元件的大小與光源的大小相同的情況下，由于光學(xué)元件的光學(xué)面在光源附近，因而入射到光學(xué)面上的任意位置的光線的方向朝向各種方向，不能自由控制全部的結(jié)構(gòu)。這樣，未開發(fā)出這樣的緊湊型的照明裝置使用光學(xué)元件，對從LED等的面光源射出的光進行配光，以便對2 π以上的立體角朝各種方向照射充分量的光。專利文獻1 :US6543911B1專利文獻2 :US6899443B2專利文獻3 日本特開2008-2^702號公報

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要這樣的緊湊的照明裝置使用光學(xué)元件，對從LED等的面光源射出的光進行配光，以便照射2 π以上的立體角。本發(fā)明的一個方式的照明裝置，該照明裝置包括面光源和光學(xué)元件，該光學(xué)元件具有與該面光源的發(fā)光面相對配置的入射面、與該入射面相對的第1出射面以及連接該入射面和第1出射面的第2出射面。設(shè)該發(fā)光面的中心為第1點，設(shè)該發(fā)光面的邊緣的點為第2點，設(shè)通過第1點且垂直于該發(fā)光面的軸為該光學(xué)元件的光軸，該光學(xué)元件的第1出射面具有該光軸附近相對于周緣凹陷的形狀，在包含該光軸和第2點的該光學(xué)元件的截面中，設(shè)相對于第1點距所述光軸為15度視角的位置處的第1出射面上的點為第3點，設(shè)從第2點射出且平行于光軸行進的光線與第1出射面交叉的點為第4點，設(shè)連接第1點和第 2點的軸為X軸，第1出射面的離該光軸最遠的點的X坐標是第2點的值的1.5倍以上，第 1出射面構(gòu)成為，在X坐標是第3點的值以上的區(qū)域的80%以上的區(qū)域中，從第1點射出的光的入射角是臨界角以上，在X坐標是第4點的值以下的區(qū)域的80%以上的區(qū)域中，從第2 點射出的光的入射角小于臨界角。在本方式的照明裝置中，第1出射面的X軸方向的大小是發(fā)光面的X軸方向的大小的1. 5倍以上。從發(fā)光面的第1點射出、且到達第1出射面的、X坐標是第3點的值以上的區(qū)域的光的大部分被全反射，從發(fā)光面的第2點射出、且到達第1出射面的、X坐標是第 4點的值以下的區(qū)域的光的大部分折射。從發(fā)光面的第1點Pl與第2點P2之間的點射出的光，根據(jù)其X坐標決定被第1出射面全反射的光和折射的光的比率。一般，當(dāng)射出光的點的X坐標接近第1點時，被第1出射面全反射的光的比例變高，當(dāng)射出光的點的X坐標接近第2點時，在第1出射面折射的光的比例變高。因此，通過按上述構(gòu)成第1出射面，可適當(dāng)決定從面光源上的各種點射出的光中在第1出射面全反射的光和折射的光的比率。另外，本說明書及權(quán)利要求書中，發(fā)光面的邊緣的點是指在包括光軸的截面中，離光軸最遠的發(fā)光面上的點。另外，本發(fā)明是基于獲得這樣的緊湊的照明裝置的新知識的發(fā)明，S卩，通過著眼于從第1點和第2點射出的光的路徑來適當(dāng)決定出射面的形狀，而且適當(dāng)決定光學(xué)元件的X 軸方向的大小與面光源的X軸方向的大小之比，對從面光源射出的光進行配光以便照射 2 π以上的立體角。本發(fā)明的一個方式的照明裝置，該照明裝置包括面光源和光學(xué)元件，該光學(xué)元件具有與該面光源的發(fā)光面相對配置的入射面、與該入射面相對的第1出射面以及連接該入射面和第1出射面的第2出射面。設(shè)該發(fā)光面的中心為第1點，設(shè)該發(fā)光面的邊緣的點為第2點，設(shè)通過第1點且垂直于該發(fā)光面的軸為該光學(xué)元件的光軸，該光學(xué)元件的第1出射面具有該光軸附近相對于周緣凹陷的形狀，在包含該光軸和第2點的該光學(xué)元件的截面中，在相對于第1點距該光軸為25度至60度視角的區(qū)域內(nèi)，第1出射面具有相對于連接第 1點和第2點的直線的角度為20度以下的角度的區(qū)域，設(shè)相對于第1點距所述光軸為15度視角的位置處的第1出射面上的點為第3點，設(shè)從第2點射出且平行于光軸行進的光線與第1出射面交叉的點為第4點，設(shè)從第1點射出且到達第3點的光線對第1出射面的入射角為θ 13，設(shè)從第2點射出且到達第3點的光線對第1出射面的入射角為θ 23，設(shè)從第3點射出且到達第4點的光線對第1出射面的入射角為θ 24，設(shè)臨界角為Θ。，[數(shù)學(xué)式1]15° 彡 θ 13- θ 23 ^ 70°(1)15° 彡 Θ14-Θμ<65°(2)0.2 彡(θ14-θ24)/(θ13-θ23)彡 1(3)
通過滿足式(1)至(3)，可在第1出射面中，適當(dāng)決定全反射的光和折射的光的比率，不僅可在前方方向，而且可在橫方向和后方方向均勻照射光。
在本發(fā)明的一個實施方式中，并且，[數(shù)學(xué)式2]θ13(4)θ。(5)根據(jù)本實施方式，在第1出射面中，全反射的光和折射的光的比率更適當(dāng)。在本發(fā)明的一個實施方式中，在包含該光軸和第2點的該光學(xué)元件的截面中，設(shè)連接第1點和第2點的軸為X軸，在X坐標是第3點的值以上的區(qū)域中，第1出射面構(gòu)成為使從第1點射出的光全部全反射。根據(jù)本實施方式，不僅可在前方方向，而且可在橫方向和后方方向更均勻地照射光。在本發(fā)明的一個實施方式中，在包含該光軸和第2點的該光學(xué)元件的截面中，設(shè)連接第1點和第2點的軸為X軸，在X軸方向的第3點與第4點之間的區(qū)域中，第1出射面構(gòu)成為使從第2點射出的光全部折射。根據(jù)本實施方式，不僅可在前方方向，而且可在橫方向和后方方向更均勻地照射光。在本發(fā)明的一個實施方式中，在包含該光軸和第2點的該光學(xué)元件的截面中，設(shè)連接第1點和第2點的軸為X軸，在X軸方向的第3點與第4點之間的區(qū)域中，第1出射面對于連接第3點和第4點的直線，位于該面光源的相反側(cè)。根據(jù)本實施方式，不僅可在前方方向，而且可在橫方向和后方方向更均勻地照射光。在本發(fā)明的一個實施方式中，設(shè)該發(fā)光面的面積為Α，設(shè)第1出射面的面積為B，[數(shù)學(xué)式3]3 彡 Β/Α 彡 60(6)根據(jù)本實施方式，不僅可在前方方向，而且可在橫方向和后方方向更均勻地照射光。在本發(fā)明的一個實施方式中，設(shè)該發(fā)光面的面積為Α，設(shè)第1出射面的朝該光源面的投影面積為C，[數(shù)學(xué)式4]1 ^ C/A ^ 20(7)根據(jù)本實施方式，不僅可在前方方向，而且可在橫方向和后方方向更均勻地照射光。在本發(fā)明的一個實施方式中，設(shè)該發(fā)光面的面積為Α，設(shè)該光學(xué)元件的高度為D，[數(shù)學(xué)式5]
權(quán)利要求
1.ー種照明裝置，其包括面光源和光學(xué)元件，該光學(xué)元件具有與該面光源的發(fā)光面相 對配置的入射面、與該入射面相對的第1出射面以及連接該入射面和第1出射面的第2出 射面，其中，設(shè)該發(fā)光面的中心為第1點，設(shè)該發(fā)光面的邊緣的點為第2點，設(shè)通過第1點且垂直于 該發(fā)光面的軸為該光學(xué)元件的光軸，該光學(xué)元件的第1出射面具有該光軸附近相對于周緣 凹陷的形狀，在該光學(xué)元件的包含該光軸和第2點的截面中，設(shè)相對于第1點距所述光軸為 15度視角的位置處的第1出射面上的點為第3點，設(shè)從第2點射出且平行于光軸行進的光 線與第1出射面交叉的點為第4點，設(shè)第1點為原點，設(shè)連接第1點和第2點的軸為X軸， 第1出射面的離該光軸最遠的點的X坐標是第2點的值的1. 5倍以上，第1出射面構(gòu)成為， 在X坐標是第3點的值以上的區(qū)域的80%以上的區(qū)域中，從第1點射出的光的入射角是臨 界角以上，在X坐標是第4點的值以下的區(qū)域的80%以上的區(qū)域中，從第2點射出的光的入 射角小于臨界角。
2.ー種照明裝置，其包括面光源和光學(xué)元件，該光學(xué)元件具有與該面光源的發(fā)光面相 對配置的入射面、與該入射面相對的第1出射面以及連接該入射面和第1出射面的第2出 射面，其中，設(shè)該發(fā)光面的中心為第1點，設(shè)該發(fā)光面的邊緣的點為第2點，設(shè)通過第1點且垂直于 該發(fā)光面的軸為該光學(xué)元件的光軸，該光學(xué)元件的第1出射面具有該光軸附近相對于周緣 凹陷的形狀，在該光學(xué)元件的包含該光軸和第2點的截面中，在相對于第1點距該光軸為25 度至60度視角的區(qū)域內(nèi)，第1出射面具有相對于連接第1點和第2點的直線的角度為20 度以下的角度的區(qū)域，設(shè)相對于第1點距所述光軸為15度視角的位置處的第1出射面上的 點為第3點，設(shè)從第2點射出且平行于光軸行進的光線與第1出射面交叉的點為第4點，設(shè) 從第1點射出且到達第3點的光線對第1出射面的入射角為e 13，設(shè)從第2點射出且到達第 3點的光線對第1出射面的入射角為e 23，設(shè)從第2點射出且到達第4點的光線對第1出射 面的入射角為e24，設(shè)臨界角為e。，滿足[數(shù)學(xué)式1]15° く 013- e 23 ^ 70°⑴15° 彡 0 14- 0 24 ^ 65°(2)0.2^ ( 6 14- 0 24)/( 0 13- 6 23) ^ 1(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其中，還滿足，[數(shù)學(xué)式2]Qc^ 013(4)Q23^ 0C⑶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的照明裝置，其中，在該光學(xué)元件的包含該光軸 和第2點的截面中，設(shè)連接第1點和第2點的軸為X軸，在X坐標是第3點的值以上的區(qū)域 中，第1出射面構(gòu)成為使從第1點射出的光全部全反射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的照明裝置，其中，在該光學(xué)元件的包含該光軸和 第2點的截面中，設(shè)連接第1點和第2點的軸為X軸，在X軸方向的第3點與第4點之間的 區(qū)域中，第1出射面構(gòu)成為使從第2點射出的光全部折射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的照明裝置，其中，在該光學(xué)元件的包含該光軸和第2點的截面中，設(shè)連接第1點和第2點的軸為X軸，在X軸方向的第3點與第4點之間的區(qū)域中，第1出射面關(guān)于連接第3點和第4點的直線，位于該面光源的相反側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的照明裝置，其中，設(shè)該發(fā)光面的面積為A，設(shè)第 1出射面的面積為B，滿足[數(shù)學(xué)式3]3 彡 B/A 彡 60(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的照明裝置，其中，設(shè)該發(fā)光面的面積為A，設(shè)第 1出射面對該光源面的投影面積為C，滿足[數(shù)學(xué)式4]1 ^ C/A ^ 20(7)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的照明裝置，其中，設(shè)該發(fā)光面的面積為A，設(shè)該光學(xué)元件的高度為D，滿足[數(shù)學(xué)式5]I<D/VA77t <ιο(8)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的照明裝置，其中，設(shè)該發(fā)光面的面積為A，設(shè)第 1出射面的凹陷處的深度為EdiS[數(shù)學(xué)式6]0.25 <E/ λ/ΑΤτγ < 4(9)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的照明裝置，其中，第1出射面在比該第3點接近該光軸的區(qū)域內(nèi)具有光漫射用的突起結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的照明裝置，其中，該發(fā)光面和該入射面隔開間隔而分離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明裝置，其中，設(shè)該發(fā)光面的面積為Α，設(shè)該發(fā)光面與該入射面之間的間隔為F，滿足[數(shù)學(xué)式7]0<F/VATtt <0.2(10)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的照明裝置，其中，在該光學(xué)元件的包含該光軸和第2點的截面中，設(shè)連接第1點和第2點的軸為X軸，第1出射面關(guān)于X的導(dǎo)函數(shù)是連續(xù)的。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的照明裝置，其中，對第1出射面和第2出射面的至少一部分的區(qū)域?qū)嵤┝宋⑿“纪剐螤睢?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的照明裝置，其中，在該光學(xué)元件的包含該光軸和第2點的截面中，第2出射面具有直線狀的部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明裝置，其中，該光學(xué)元件在第1出射面與第2出射面之間的邊界附近具有光漫射用光學(xué)面。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的照明裝置，其中，該光漫射用光學(xué)面是曲率半徑R的凹形狀，設(shè)該發(fā)光面的面積為A，滿足[數(shù)學(xué)式8]R/VA/π <0.5(11)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明裝置，其中，該光學(xué)元件在第1出射面與第2出射面之間的邊界附近具有延伸到外側(cè)的導(dǎo)光部。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的照明裝置，其中，該照明裝置具有覆蓋該光源和該光學(xué)元件的蓋，該蓋通過該導(dǎo)光部與該光學(xué)元件連接。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項所述的照明裝置，其中，該光學(xué)元件是以該光軸為中心的無限次旋轉(zhuǎn)對稱體。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的照明裝置，其中，該照明裝置利用了從該光軸的周圍的旋轉(zhuǎn)對稱的形狀切出為180°以下的扇形形狀的部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的照明裝置，其中，該光學(xué)元件的切出為該扇形形狀的切斷面是曲面。
24.根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項所述的照明裝置，其中，該光學(xué)元件的垂直于該光軸的截面的形狀構(gòu)成為根據(jù)以該光軸為中心的放射方向而不同，以進行根據(jù)放射方向而不同的照射。
25.一種照明裝置，其包括面光源和光學(xué)元件，該光學(xué)元件具有與該面光源的發(fā)光面相對配置的入射面、與該入射面相對的第1出射面以及連接該入射面和第1出射面的第2出射面，其中，第2出射面的接近該入射面的區(qū)域構(gòu)成為，通過內(nèi)部全反射對向如下方向射出的光線的一部分進行導(dǎo)光，該方向為從垂直于該發(fā)光面的方向偏離的方向，從而在該光學(xué)元件內(nèi)部，形成距該發(fā)光面的距離是H、且將該發(fā)光面投影到平行于該發(fā)光面的平面而得到的形狀的假想發(fā)光面，設(shè)該發(fā)光面的面積為A，H滿足[數(shù)學(xué)式9]2<H/VA7ti<15(12)H是存在通過該假想發(fā)光面的中心且距所述光軸為15度視角的光線的范圍的值，設(shè)該假想發(fā)光面的中心為第1點，設(shè)該假想發(fā)光面的邊緣的點為第2點，設(shè)通過第1點且垂直于該假想發(fā)光面的軸為該光學(xué)元件的光軸，該光學(xué)元件的第1出射面具有該光軸附近相對于周緣凹陷的形狀，在該光學(xué)元件的包含該光軸和第2點的截面中，設(shè)相對于第1點距所述光軸為15度視角的位置處的第1出射面上的點為第3點，設(shè)通過第2點且平行于光軸行進的光線與第1出射面交叉的點為第4點，設(shè)第1點為原點，設(shè)連接第1點和第2點的軸為X軸，第1出射面的離該光軸最遠的點的X坐標是第2點的值的1. 5倍以上，第1出射面構(gòu)成為，在X坐標是第3點的值以上的區(qū)域的80%以上的區(qū)域中，通過第1點的光的入射角是臨界角以上，在X坐標是第4點的值以下的區(qū)域的80%以上的區(qū)域中，通過第2點的光的入射角小于臨界角。
26.一種照明裝置，其包括面光源和光學(xué)元件，該光學(xué)元件具有與該面光源的發(fā)光面相對配置的入射面、與該入射面相對的第1出射面以及連接該入射面和第1出射面的第2出射面，其中，第2出射面的接近該入射面的區(qū)域構(gòu)成為，通過內(nèi)部全反射對向如下方向射出的光線的一部分進行導(dǎo)光，該方向為從垂直于該發(fā)光面的方向偏離的方向，從而在該光學(xué)元件內(nèi)部，形成距該發(fā)光面的距離是H、且將該發(fā)光面投影到平行于該發(fā)光面的平面而得到的形狀的假想發(fā)光面，設(shè)該發(fā)光面的面積為A，H滿足 [數(shù)學(xué)式10]2<H/VA7ti <15(12)H是存在通過該假想發(fā)光面的中心且距所述光軸為15度視角的光線的范圍的值， 設(shè)該假想發(fā)光面的中心為第1點，設(shè)該假想發(fā)光面的邊緣的點為第2點，設(shè)通過第1點且垂直于該假想發(fā)光面的軸為該光學(xué)元件的光軸，該光學(xué)元件的第1出射面具有該光軸附近相對于周緣凹陷的形狀，在該光學(xué)元件的包含該光軸和第2點的截面中，設(shè)相對于第1點距該光軸為25度至60度視角的區(qū)域內(nèi)，第1出射面具有相對于連接第1點和第2點的直線的角度為20度以下的角度的區(qū)域，設(shè)相對于第1點距所述光軸為15度視角的位置處的第1出射面上的點為第3點，設(shè)通過第2點且平行于光軸行進的光線與第1出射面交叉的點為第4點，設(shè)通過第1點和第3點的線段與通過第2點和第3點的線段形成的角度為θ 132， 設(shè)通過第1點和第4點的線段與通過第2點和第4點的線段形成的角度為θ 142，設(shè)臨界角為Θ。，滿足[數(shù)學(xué)式11]15°θ⑶彡70°(13)15°θ他彡65°(14)0. 2θ \ J θ 132 1(15) ο
全文摘要
本發(fā)明的照明裝置包括面光源(101)和光學(xué)元件(103)，光學(xué)元件(103)具有入射面(203)以及第1和第2出射面(205，207)。設(shè)發(fā)光面(201)的中心為P1，設(shè)緣的點為P2，設(shè)通過P1且垂直于該發(fā)光面的軸為光軸，該光學(xué)元件具有該光軸附近相對于邊緣凹陷的形狀。在該光學(xué)元件的截面中，設(shè)相對于P1距該光軸為15度的視角的位置處的第1出射面上的點為P3，設(shè)從P2射出且平行于光軸行進的光線與第1出射面交叉的點為P4，設(shè)使P1和P2連接的軸為X軸，第1出射面的最遠離該光軸的點的X坐標是P2的值的1.5倍以上，第1出射面構(gòu)成為，在X坐標是P3的值以上的區(qū)域的80％以上的區(qū)域中，從P1射出的光的入射角是臨界角以上，在X坐標是P4的值以下的區(qū)域的80％以上的區(qū)域中，從P2射出的光的入射角小于臨界角。
文檔編號F21Y101/02GK102282416SQ20108000447
公開日2011年12月14日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者金井紀文 申請人:納盧克斯株式會社