CN101725896B - 照明用透镜以及具备该透镜的照明装置 - Google Patents

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Abstract

公开了能够充分地抑制色彩不均匀的同时，提高光利用效率的照明用透镜以及具备该透镜的照明装置。该照明用透镜具有：与光轴正交的第一入射面(20)；随着接近发光装置(8)侧，直径变大的第二入射面(21)；随着接近射出侧，直径变大的全反射面(22)；主要将入射至第一入射面(21)的光向被照射面(18)侧射出的第一射出面(24)；以及将入射至第二入射面的光向被照射面(18)侧射出的第二射出面(25)，其中，将第二射出面(25)形成为其正折光力弱于第一射出面(24)。

Description

照明用透镜以及具备该透镜的照明装置
技术领域
本发明涉及照明用透镜以及具备该透镜的照明装置，特别涉及适合于控制从发射白色光的发光装置射出的光的光度分布特性的照明用透镜以及具备该透镜的照明装置。
背景技术
以往，在辅助照明、天花板照明或者陈列柜用照明等用途中，利用通过向特定的方向照射光，对特定的区域进行照明的聚光照明装置。
另外，近年来，从削减功耗和环保的观点出发，开始使用白色发光二极管(白色LED)作为聚光照明装置的光源。
目前的白色发光二极管的主流是采用了荧光体的方式，其一般被称为蓝黄色系近似白色发光二极管。
这里，图1表示这种白色发光二极管的例子，该白色发光二极管1是，用YAG系的荧光体4覆盖在基板2上排列配置的多个蓝色发光二极管的发光元件3来构成的。并且，这种白色发光二极管1采用了如下的方式：将从发光元件3射出而入射至荧光体4的蓝色光与荧光体4中作为荧光产生的黄色光进行混合，从而获得白色光。
但是，在这种白色发光二极管1中，相对于向射出面5的面法线方向射出的射出角为0°的白色光(中心光)，从其白色光的射出面5射出的光束扩散至较广的角度，所以将其应用于聚光照明装置时，需要具有用于将从射出面5射出的白色光聚集到被照射面的方向的机构。
另外，作为这种白色发光二极管1的特性，已知如下的特性：从射出面5射出的光束中，从射出面5射出的射出角较小的、中央部分的白色光成为略带蓝色的白色光，从射出面5射出的射出角较大的、周边部分的白色光成为略带黄色的白色光。认为其原因如下：对射出角较小的白色光而言，作为蓝色光从发光元件3射出后经过的、荧光体4内的连结发光元件3和射出面5的光路较短，所以在通过荧光体4内的过程中，与黄色光混合的比例较低。另外，对射出角较大的白色光而言，作为蓝色光从发光元件3射出后经过的、荧光体4内的连结发光元件3与射出面5的光路较长，所以在通过荧光体4内的过程中，与黄色光混合的比例较高。
于是，鉴于白色发光二极管1的这种特性，为了将白色发光二极管应用于聚光照明装置，需要采取措施来抑制在被照射面由于略带蓝色的白色光和略带黄色的白色光产生的色彩不均匀。
因此，到目前为止，例如专利文献1所示，已提出了如下的技术：将透镜配置在白色发光二极管1的射出侧，并对处于略带黄色的白色光的光路上的透镜构成面进行光扩散处理，从而使略带黄色的白色光扩散，使从白色发光二极管射出的白色光聚集到被照射面侧，同时混合到达被照射面的略带蓝色的白色光和略带黄色的白色光，以抑制色彩不均匀(例如，参照专利文献1的第0020段落)。
[专利文献1]日本特开2007-5218号公报
然而，专利文献1所提出的透镜，朝向白色发光二极管侧形成有曲率较大的凸面，对该凸面的白色光的入射角度较大，所以，由于折射率的波长依赖性，构成白色光的蓝色光和黄色光的折射角之间产生偏差，使得白色光分离成蓝色光和黄色光，即出现色分离。
因此，专利文献1所记载的透镜也难于充分地抑制被照射面上的色彩不均匀。
另外，专利文献1所记载的透镜使略带黄色的白色光扩散，由此光也扩散到所需方向以外的方向，所以存在损耗较多、无法获得明亮的照射光的问题。
另外，为了消除专利文献1所记载的透镜的这种缺陷，例如，可以考虑配置平凸透镜，该平凸透镜的平坦面朝向白色发光二极管侧，其凸面朝向被照射面侧。
但是，即使使用这种平凸透镜，入射至平凸透镜的凸面的外周缘部的白色光的入射角度也较大，仍然难以抑制因发生色分离而导致的被照射面上的色彩不均匀。而且还存在如下的问题：这样的入射至凸面的入射角度较大的光，因为在凸面的表面的表面反射率较高，无法射入透镜内，所以光利用效率差。
发明内容
本发明鉴于上述问题而完成，本发明的目的在于提供能够充分地抑制色彩不均匀且光利用效率良好的照明用透镜以及具备该透镜的照明装置。
本发明通过以下技术方案达成上述目的：本发明的照明用透镜是，入射从点状发光装置射出的白色光后，将该入射的白色光控制成具有期望的光度分布特性的光，并向被照射面侧射出的照明用透镜，所述照明用透镜包括：发光装置对置面部，其与所述发光装置相对配置；射出面部，相对于所述发光装置对置面部，形成在所述发光装置的相反侧；以及侧面部，其从所述发光装置对置面部的外周端部向所述射出面部的外周端部延伸，在所述发光装置对置面部形成有凹部，用于将所述白色光入射至所述照明用透镜内，所述凹部具有：第一入射面，其形成为与光轴正交的平面；以及第二入射面，其形成为从该第一入射面的外周端部向所述发光装置侧延伸，并且随着接近所述发光装置侧，其直径逐渐变大，所述侧面部具有：全反射面，其形成为随着从所述发光装置对置面部侧接近所述射出面部侧，直径逐渐变大，以使入射至所述第二入射面的光向所述射出面部被全反射，所述射出面部具有：第一射出面，主要使入射至所示第一入射面的光入射，并将该入射的光向所述被照射面侧射出；以及第二射出面，其被连接设置在所述第一射出面的外周端部而包围所述第一射出面，并且使入射至所述第二入射面后被所述全反射面全反射的光入射，并将该入射的光向所述被照射面侧射出，所述第二射出面形成为其正折光力弱于所述第一射出面，将从所述第一射出面射出的光和从所述第二射出面射出的光以相互混合的状态照射至所述被照射面。
由此，能够抑制对第一入射面的光的入射角度变大，同时能够抑制对第二射出面的光的入射角度，从而能够抑制在第一入射面和第二射出面发生色分离，进而能够充分地抑制被照射面上的照射光的色彩不均匀，并提高光利用效率。
附图说明
图1是表示白色发光二极管的一个例子的示意图。
图2是表示本发明涉及的照明用透镜和照明装置的实施方式的结构图。
图3是从白色发光二极管侧所见的图2的照明用透镜的图。
图4是从被照射面侧所见的图2的照明用透镜的图。
图5是在本发明涉及的照明用透镜的实施方式中，用于说明式(1)～(3)的说明图。
图6是表示在本发明涉及的照明用透镜的实施方式中，用于对比较例1～3和实施例1～5的各试验样件进行色度/照度测定试验的测定系统的图。
图7是表示比较例1的试验样件的色度/照度测定试验结果的曲线图。
图8是表示比较例2的试验样件的结构图。
图9是用于说明比较例2的试验样件的具体结构的说明图。
图10是表示比较例2的试验样件的色度/照度测定试验结果的曲线图。
图11是表示比较例3的试验样件的结构图。
图12是用于说明比较例3的试验样件的具体结构的说明图。
图13是表示比较例3的试验样件的色度/照度测定试验结果的曲线图。
图14是用于说明实施例1的试验样件的具体结构的说明图。
图15是表示实施例1的试验样件的光度分布设计值的曲线图。
图16是表示实施例1的试验样件的色度/照度测定试验结果的曲线图。
图17是表示实施例2的试验样件的结构图。
图18是用于说明实施例2的试验样件的具体结构的说明图。
图19是表示实施例2的试验样件的色度/照度测定试验结果的曲线图。
图20是表示实施例3的试验样件的结构图。
图21是用于说明实施例3的试验样件的具体结构的说明图。
图22是表示实施例3的试验样件的光度分布设计值的曲线图。
图23是表示实施例3的试验样件的色度/照度测定试验结果的曲线图。
图24是表示实施例4的试验样件的结构图。
图25是用于说明实施例4的试验样件的具体结构的说明图。
图26是表示实施例4的试验样件的色度/照度测定试验结果的曲线图。
图27是表示实施例5的试验样件的结构图。
图28是用于说明实施例5的试验样件的具体结构的说明图。
图29是表示实施例5的试验样件的色度/照度测定试验结果的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图具体地说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
以下，参照图2～图5说明作为本发明的照明用透镜的、用于聚光照明装置的聚光照明用透镜的实施方式。
另外，对基本结构与以往相同的或者与其类似的部分，使用相同的标号进行说明。
如图2所示，本实施方式的聚光照明用透镜7与作为发射白色光的点状发光装置的白色发光二极管8相对配置，其与该白色发光二极管8一起构成聚光照明装置。
另外，本实施方式中的白色发光二极管8具有发光单元10，该发光单元10例如与图1所示的结构同样，由蓝色发光二极管的发光元件和荧光体的组合等构成，从该发光单元10的射出面11，射出以射出角为0°的白色光(向射出面11的面法线方向射出的光)WL0为中心的规定角度范围的白色光光束。
并且，在本实施方式中也是，从射出面11射出的白色光中，以射出角为0°]的白色光WL0为中心的、从射出面11射出时的射出角较小的中央部分的白色光(图2中以虚线框起来的光)成为略带蓝色的白色光WLB，从射出面11射出时的射出角较大的周边部分的白色光(图2中以双点划线框起来的光)成为略带黄色的白色光WLY。
另外，本实施方式的白色发光二极管8在相对于发光单元10的白色光射出侧的位置，具有平坦面14朝向发光单元10侧而凸面15朝向聚光照明用透镜7侧的平凸的聚光透镜16，该聚光透镜16与发光单元10一起被收纳在壳体17内。
因此，通过聚光透镜16聚集从发光单元10射出的白色光后，将其从白色发光二极管8射出。另外，从发光单元10射出的白色光中的、射出角为0°的白色光通过聚光透镜16的未图示的光轴上，从凸面15的面顶点保持着射出角0°而射出。
另外，从该白色发光二极管8射出的光的光度分布如后述的图7所示。
并且，本实施方式的聚光照明用透镜7采用了如下的结构：入射从白色发光二极管8射出的白色光后，将该入射的白色光控制为具有期望的光度分布特性的白色光，然后将其向被照射面18侧射出。
也就是说，本实施方式的聚光照明用透镜7具备发光二极管对置面部、射出面部以及侧面部，所述发光二极管对置面部作为发光装置对置面部，与白色发光二极管8相对配置，所述射出面部相对于发光二极管对置面部形成在白色发光二极管8的相反侧，所述侧面部从发光二极管对置面部的外周端部向射出面部的外周端部延伸。
发光二极管对置面部上形成有用于将从白色发光二极管8射出的白色光入射至聚光照明用透镜7内部的凹部，如图2所示，该凹部具有第一入射面20和第二入射面21的两个入射面。
如图2和图3所示，从与聚光照明用透镜7的光轴OA(图2、图3的点划线部)平行的方向所见的平面图中，第一入射面20形成为呈圆形状的平面，在将聚光照明用透镜7与白色发光二极管8相对配置的状态下，该第一入射面20面向聚光透镜16和发光单元10。
另外，聚光照明用透镜7的光轴OA是指在从聚光照明用透镜7射出的立体光束的中心上假定的中心线，该光轴OA通过第一入射面20的中心点。另外，在图2的状态下，聚光照明用透镜7的光轴OA与在从集光透镜16射出的立体光束的中心上假定的中心线(即，集光透镜16的光轴)一致。
并且，从发光单元10射出的白色光中的、中央部分的略带蓝色的白色光WLB经过聚光透镜16后入射至第一入射面20，该入射的白色光WLB以基于斯涅尔定律的规定折射角向光轴OA侧折射后，行进(透过)在透镜7内部。但是，该略带蓝色的白色光WLB中的射出角为0°的白色光WL0入射至第一入射面20的中心点后，不发生折射，而是通过聚光照明用透镜7的光轴OA上并行进在透镜7内。
另外，在图2中，为了方便，仅示出了聚光照明用透镜7中的光轴OA的上半侧的光路，但考虑到聚光照明用透镜7被形成为以光轴OA为中心的旋转对称形状，则可以理解为，对于聚光照明用透镜7中的光轴OA的下半侧，在图2上呈现以光轴OA为基准使上半侧的光路反转后所得的线对称的光路。
这里，如图2所示，在本实施方式中第一入射面20被形成为平面，因此略带蓝色的白色光WLB对第一入射面20的入射角度被抑制为较小的角度(白色光WL0为0°)。这意味着略带蓝色的白色光WLB在第一入射面20的折射角被控制为较小的角度。
由此，在本实施方式中，能够抑制入射至第一入射面20的略带蓝色的白色光WLB色分离为蓝色光和黄色光的情况。
另一方面，如图2和图3所示，第二入射面21被形成为如下的形状：与第一入射面20连接，并从该第一入射面20的外周端部向白色发光二极管8侧延伸，同时随着接近白色发光二极管8侧，其直径逐渐变大。更具体地说，第二入射面21被形成为随着接近白色发光二极管8侧直径逐渐变大的、以光轴OA为中心轴的锥面。
并且，从发光单元10射出的白色光中的、周边部分的略带黄色的白色光WLY经过聚光透镜16后入射至该第二入射面21，该入射的白色光WLY以规定的折射角向远离光轴OA的方向折射后，朝向后述的全反射面22地行进在透镜7内部。
这里，将第二入射面21形成为随着接近白色发光二极管8侧直径逐渐变大的锥面，从而抑制从射出面11射出时的射出角较大的略带黄色的白色光WLY在入射至第二入射面21时的入射角。而这意味着略带黄色的白色光WLY在第二入射面21的折射角被抑制为较小的角度。
由此，在本实施方式中，能够抑制入射至第二入射面21的略带黄色的白色光WLY色分离为蓝色光和黄色光的情况。
另外，如图2所示，发光装置对置面部具有作为将聚光照明用透镜7固定在白色发光二极管8的壳体17上时的定位部的平坦面27，该平坦面27被连接设置到第二入射面21的白色发光二极管8侧的端部，并形成为与聚光照明用透镜7的光轴OA正交的环状。也就是说，如图2所示，平坦面27与白色发光二极管8的壳体17的聚光照明用透镜7侧的端面抵接，由此决定白色发光二极管8的配置位置。
而且，在本实施方式中，侧面部还具有如图2所示的全反射面22和突缘部28。
全反射面22被形成为如下的形状：从发光装置对置面部侧向射出面部侧(图2的右方向)其直径逐渐变大。换言之，全反射面22被形成为如下的形状：从平坦面27的外周端部向被照射面18侧延伸至突缘部28，并随着接近被照射面18侧直径逐渐变大的、以光轴OA为中心轴的锥面。另外，全反射面22被形成在聚光照明用透镜7的几乎整个外周面。
入射至第二入射面21后行进在透镜7内部的略带黄色的白色光WLY，以超过临界角的入射角，入射至该全反射面22。并且，入射至全反射面22的这种白色光WLY通过全反射面22向射出面部侧被全反射。该通过全反射面22全反射的略带黄色的白色光WLY朝向射出面部侧行进在透镜7内部。
此时，在全反射面22不发生折射，所以入射至全反射面22的略带黄色的白色光WLY不产生色分离。
进而，本实施方式中，射出面部在与第一入射面20和第二入射面21相隔着透镜厚度而在光轴OA方向上对置的位置具有射出面23，该射出面23被形成为朝向被照射面18侧的凸状非球面。
如图2和图4所示，本实施方式中的射出面23在平面图上形成为圆形状，并且其中心点是与光轴OA相交的面顶点。
更具体地说，本实施方式的射出面23被形成为一部分呈凹状的凸非球面，其光轴OA侧(中心侧)的大部分区域被形成为朝向被照射面18侧的凸面，而在其周边侧(直径方向外侧)的区域具有朝向被照射面18侧的凹面。
另外，除了这种结构以外，例如还可以将射出面23形成为，随着从光轴OA侧接近周边侧，其正折光力变弱的全面凸状的非球面。此时，射出面23的非球面形状也可以是随着接近周边侧，正折光力连续变弱的面形状，或者，也可以是随着接近周边侧，正折光力阶段性地变弱的面形状。另外，作为阶段性地变弱的面形状的例子，可以举出：将具有一定的正折光力的光轴OA侧的面形状与具有比该面形状的折光力更弱的一定的正折光力的周边侧的面形状接合而成的面形状。
再者，在本实施方式中，射出面23中的光轴OA侧的规定范围的区域成为第一射出面24，入射至第一入射面20后行进在透镜7内部的略带蓝色的白色光WLB入射至该第一射出面24。进而，入射至该第一射出面24的白色光WLB在第一射出面24以规定的折射角折射后，从第一射出面24向被照射面18侧射出。
另外，在本实施方式中，将射出面23中的周边侧的规定范围的区域、即在第一射出面24的外周端部包围第一射出面24地与其连接设置的区域成为第二射出面25，该第二射出面25被形成为，正折光力弱于第一射出面24。另外，在本说明书中，“正折光力弱”包含折光力为负(即凹面)的情况。
入射至第二入射面21后，通过全反射面22被全反射并行进在透镜7内部的略带黄色的白色光WLY入射至该第二射出面25。进而，入射至该第二射出面25的白色光WLY在第二射出面25以规定的折射角折射后，从第二射出面25向被照射面18侧射出。
此时，第二射出面25的正折光力被抑制，因此能够抑制对第二射出面25的、略带黄色的白色光WLY的入射角。
由此，在本实施方式中，能够抑制入射至第二射出面25的略带黄色的白色光WLY被色分离为蓝色光和黄色光的情况。
然后，从第一射出面24射出的略带蓝色的白色光WLB和从第二射出面25射出的略带黄色的白色光WLY以相互混合的状态，作为白色圆形的照射光，照射至在光轴OA方向上距聚光照明用透镜7规定距离的被照射面18。
这样，使用本实施方式的聚光照明用透镜7，特别能够极为有效地抑制第一入射面20和第二射出面25上发生色分离，从而能够充分地抑制被照射面18上的照射光的色彩不均匀。具体地说，例如，能够抑制在照射至被照射面18的照射光的外周缘部形成深黄色的部分(黄环：yellow ring)的情况。
另外，也可以将入射至第二入射面21的略带黄色的白色光WLY的一部分，入射至第一射出面24并从第一射出面24射出。
更优选地，使入射至第一入射面20的略带蓝色的白色光WLB从第一射出面24射出时的、白色光WLB的光度分布特性，与入射至第二入射面21的略带黄色的白色光WLY从射出面23(射出面部)射出时的、白色光WLY的光度分布特性相互一致，或者使其近似为特性之差(例如，光束的扩展方式以及后述的各测定角度下的光度[cd]或照度[lx]之差)在规定值以内。此时，从第一射出面24射出的光束的扩展与从第二射出面25射出的光束的扩展的重叠程度，对色彩不均匀的抑制程度造成很大的影响，所以使两个白色光WLB和WLY的光度分布特性相互一致或近似很重要。
采用如上的结构，能够进一步有效地抑制被照射面18上的照射光的色彩不均匀。
更优选地，要满足下式(1)的条件式。
θ1max＞θ2max    …式(1)
其中，式(1)的θ1max为，从白色发光二极管8的发光点射出的光中的入射至第一入射面20的光(略带蓝色的白色光WLB)在透镜7内部与光轴OA所成的夹角θ1(锐角)的最大值。另外，式(1)的θ2max为，从白色发光二极管8的发光点射出的光中的被全反射面22全反射的光(略带黄色的白色光WLY)在透镜7内部与光轴OA所成的夹角θ2(锐角)的最大值。
这里，将发光点定义为白色发光二极管8的光轴与白色发光二极管8的发光单元10中的射出面11相交的点。另外，如白色发光二极管8那样的点状光源实际上也是以面发光，但从进行简易且高精度的光学设计的观点出发，如本实施方式那样定义发光点，并以从该发光点射出的光代表白色发光二极管8的光束来处理较为理想。
另外，如图5所示，在聚光照明用透镜7上，将第一入射面20和第二入射面21的交点P1设为点P1，并将入射至第一入射面20上的与点P1非常接近处的光的、到达射出面23(射出面部)时的到达点P2设为点P2时，式(1)中的θ1max优选为线段P1P2与聚光照明用透镜7的光轴OA所成的夹角。另外，遵从将相对于光轴OA沿图5中的逆时针方向形成的角度设为正的角度的正负规则时，θ1max是正的锐角。
并且，如图5所示，在聚光照明用透镜7上，将入射至第二入射面21上的与点P1非常接近处的光的、到达全反射面22时的到达点P4设为点P4，并将经由点P1和点P4的光的、到达射出面23时的到达点P5设为点P5时，式(1)中的θ2max优选为线段P4P5与聚光照明用透镜7的光轴OA所成的夹角。另外，遵从与θ1max同样的正负规则时，θ2max是正的锐角。
如果采用可满足这样的式(1)的结构，则能够将作为射出略带黄色的白色光WLY的面的第二射出面25，更可靠地形成为其正折光力弱于第一射出面24，从而抑制从第二射出面25射出的光(扩散光)的折射量。其结果，能够更有效地抑制色分离的发生，并且能够在被照射面18上，充分地混合从射出面23(主要是第一射出面24)射出的略带蓝色的白色光WLB与从第二射出面25射出的略带黄色的白色光WLY，从而能够进一步充分地抑制被照射面18上的照射光的色彩不均匀。
更优选地，要满足下式(2)的条件式。
θP2P3＞θP5P6＞θP9P10        …式(2)
其中，式(2)的θP2P3为，如图5所示，在聚光照明用透镜7上，将经由点P1和点P2的光的、到达被照射面18时的到达点P3设为点P3时，线段P2P3与聚光照明用透镜7的光轴OA所成的夹角。遵从与θ1max同样的正负规则时，该θP2P3是正的锐角。
另外，式(2)的θP5P6为，如图5所示，在聚光照明用透镜7上，将经由点P1、点P4和点P5的光的、到达被照射面18时的到达点P6设为点P6时，线段P5P6与聚光照明用透镜7的光轴OA所成的夹角。遵从与θ1max同样的正负规则时，该θP5P6是正的锐角。
再有，式(2)的θP9P10为，如图5所示，在聚光照明用透镜7上取点P9和点P10时的线段P9P10与聚光照明用透镜7的光轴OA所成的夹角。遵从与θ1max同样的正负规则时，该θP9P10是负的锐角。但是，如图5所示，点P9和点P10是，与在聚光照明用透镜7上所取的点P7和点P8位于同一光路上的点。也就是说，点P7是，在将白色发光二极管8的光度分布中，设最大光度(或最大照度)为相对值1时，以能够获得相对值0.5的光度(或照度)的角度射出的光入射至第二入射面21时的入射点P7。另外，点P8是，入射至点P7的光到达全反射面22时的到达点P8。另外，点P9是，经由点P7和点P8的光到达射出面23时的到达点P9。还有，点P10是，经由点P7、点P8和点P9的光到达被照射面18时的到达点P10。
如果采用可满足这样的式(2)的结构，则能够在被照射面18上，更充分地混合从射出面23(主要是第一射出面24)射出的略带蓝色的白色光WLB与从第二射出面25射出的略带黄色的白色光WLY，从而能够更有效地抑制在被照射面18上发生色彩不均匀。
另外，通过聚甲基丙烯酸甲酯树脂(PMMA)等树脂材料的注塑成形，可以廉价地形成聚光照明用透镜7。
[实施例]
下面，准备具有白色发光二极管8的、比较例1～3和实施例1～5的合计八种聚光照明装置的试验样件，并使用如图6所示的测定系统，对这八种试验样件分别进行色度/照度测定试验。
在该色度/照度测定试验中，水平地设置试验样件以使其光轴平行于铅直方向后，通过色彩照度计29测定从试验样件射出的白色光的色度和照度，该色彩照度计29设置在距试验样件的发光单元10的射出面11为半径50cm的位置。
此时，将试验样件的光轴与色彩照度计29的受光面的面法线的夹角(以下，称为测定角度)α[°]，以试验样件的光轴为基准(0°)，在-80°至+80°的范围内进行变更，并将在各测定角度α[°]下的色彩照度计29的测定结果，汇总为表示照度和色度的角度依赖特性的一个曲线图。
以下，对每个试验样件，依次说明本测定试验的试验结果。
<比较例1>
比较例1的试验样件是白色发光二极管8本身，图7表示对该比较例1的试验样件进行的本测定试验的试验结果。
这里，图7中的横轴的值表示测定角度α[°]。另外，图7中的纵轴的值表示将最大值标准化为1时的相对照度以及xy色度。另外，在图7中，X和Y的色度越低，白色光中的蓝色越深，X和Y的色度越高，白色光中的黄色越深。
如图7所示，在比较例1的试验结果中，随着从0°接近于+/-80°，色度呈上升。
另外，如图7所示，比较例1的测定结果中，在较宽的角度范围内维持较高的相对照度，该比较例1中的相对照度的FWHM(Full Width at HalfMaximum：半峰全宽)是90°。
并且，在通过这样的比较例1的试验样件，对如图6所示的、光轴(铅直)方向上距发光单元10，50cm的位置上设置的被照射面18照射白色光时，该照射光成为具有从中心侧向周边侧，从略带蓝色的白色逐渐变化为略带黄色的白色的色彩不均匀的照射光。另外，比较例1中的照射光是在较宽范围内为较明亮的光，因此不适合用于照亮特定区域的聚光照明。
<比较例2>
如图8所示，比较例2的试验样件由白色发光二极管8以及平凸透镜33构成，该平凸透镜33在该白色发光二极管8的射出侧的附近位置上与其相对配置。
另外，平凸透镜33具有朝向白色发光二极管8侧的平面圆形状的平坦面31，以及朝向被照射面18侧的、在平面图上呈圆形状的凸面32。另外，图8中，将平凸透镜33和白色发光二极管8配置为光轴相互一致的状态。
另外，如图9所示，本比较例的平凸透镜33设置为，在图9中以表示的平坦面31的直径为19.4mm，以
Figure G200910210167XD00122
表示的凸面32的直径为13.4mm，以L表示的全长为7mm，以z表示的凸面32中的从外周端部至面顶点的光轴OA方向的距离为5.8402mm。
而且，假设光轴OA方向为Z轴，与光轴OA正交的方向为X轴，光的行进方向为正，k为圆锥系数，A1、A2、A3...A8为非球面系数，c为曲率时，凸面32的面形状可以用下式表示。
Z(X)＝cX2/{1+[1-(k+1)c2X2]1/2}+A1X+A2X2+A3X3+…+A8X8
                                             …式(4)
其中，本比较例中，式(4)的各个系数设为：c＝-1.88338×10-1、k＝-9.12031×10-1、A1＝0、A2＝0、A3＝-1.80527×10-3、A4＝-2.01390×10-4、A5＝7.68403×10-5、A6＝-1.06747×10-5、A7＝-4.08247×10-6、A8＝4.67335×10-7。
图10表示对比较例2的试验样件进行的本测定试验的试验结果。另外，图10中的横轴和纵轴的值与图7相同。
如图10所示，在比较例2的试验结果中，在+/-10°附近，xy色度急剧地变化。
由这样的比较例2的试验样件照射至图6所示的被照射面18上的照射光，在照射光的外周边缘部出现较深的黄环，因此不适合用于以均一的白色照亮特定区域的聚光照明。
<比较例3>
如图11所示，比较例3的试验样件也是与比较例2同样地由白色发光二极管8和平凸透镜33构成，该平凸透镜33的平坦面31朝向该白色发光二极管8侧，凸面32朝向被照射面18侧。
另外，如图12所示，本比较例的平凸透镜33设置为，在图12中以表示的平坦面31的直径为19.4mm，以
Figure G200910210167XD00132
表示的凸面32的直径为13.8mm，以L表示的全长为7mm，以z表示的凸面32中的从外周端部至面顶点的光轴OA方向的距离为5.8135mm。
并且，本比较例中，凸面32的面形状也可以用式(2)表示。其中，本比较例中，式(2)的各个系数设为：c＝-1.55921×10-1、k＝-7.90244×10-1、A1＝0、A2＝0、A3＝-6.11104×10-5、A4＝-1.41602×10-3、A5＝2.44722×10-4、A6＝1.25879×10-6、A7＝-7.68650×10-6、A8＝6.12287×10-7。
图13表示对比较例3的试验样件进行的本测定试验的试验结果。另外，图13中的横轴和纵轴的值与图7相同。
如图13所示，比较例3的测定结果也与比较例2同样地，在+/-10°附近，xy色度急剧地变化。
因此，由这样的比较例3的试验样件照射至图6所示的被照射面18上的照射光，也在照射光的外周边缘部出现较深的黄环，因此不适合用于以均一的白色照亮特定区域的聚光照明。
<实施例1>
实施例1的试验样件是与图2所示的结构相同的试验样件，该试验样件由白色发光二极管8以及在该白色发光二极管8的射出侧相对配置的聚光照明用透镜7构成。
以下，使用图14说明用于本实施例的聚光照明装置的聚光照明用透镜7。
制作本实施例的聚光照明用透镜7时，首先为了使从白色发光二极管8射出的光入射至聚光照明用透镜7，设计了由第一入射面20和第二入射面21构成的凹部，作为发光二极管对置面部的结构。
设计该凹部时，主要基于从聚光照明装置射出的光的FWHM和被照射面18上的照射光的照度分布等作为聚光照明装置被要求的规格等来决定第一入射面20的大小。另外，假设FWHM为10°来决定本实施例中的第一入射面20的大小。另外，在本实施例中，为了满足上述的聚光照明装置的规格(FWHM为10°)，以下述方式设计了凹部：以最合适的比例分配从白色发光二极管8射出的光束而入射至第一入射面20和第二入射面21。
更具体地说，如图14所示，在本实施例中，如下地设计第一入射面20：在光轴OA上设置中心，且其直径是5mm。
另外，在本实施例中进行设计，以使第一入射面20配置在距凹部的白色发光二极管8侧的端部的距离z1为2.4mm的位置。
并且，在本实施例中，设计了随着从第一入射面20的外周端部靠近白色发光二极管8侧直径变大的第二入射面21，以使该面21与光轴OA的夹角θ为15°。
这样设计凹部后，进而在本实施例中进行如下设计：假设白色发光二极管8的发光单元10中的射出面11的位置的高度为0mm，从该高度为0mm的位置沿着光轴OA至被照射面18侧的方向为正时，将发光二极管对置面部中的平坦面27配置在高度为1.278mm的位置。
再有，在本实施例中，设计了全反射面22、第一射出面24以及第二射出面25，以实现θ1max＝19.31°、θ2max＝10.18°、θP2P3＝18.31°、θP5P6＝3.70°、θP9P10＝-9.74°。也就是说，在本实施例中，设计各个面22、24和25，使得满足式(1)和式(2)的各个条件式。在设计这样的θ1max、θ2max、θP2P3、θP5P6和θP9P10时，以上述的从一个发光点射出的光代表从白色发光二极管8射出光，利用该代表的光进行了设计。
另外，全反射面22优选的设计如下：全反射面22上的光的反射位置从图5中的P4越接近P8，上述的θ2的值越小。
另外，本实施例中，将第一射出面24设计为具有正折光力，并将第二射出面25设计为具有负折光力。
进而，在本实施例中，如图15所示，对略带蓝色的白色光WLB、略带黄色的白色光WLY以及合计光WLB+WLY，分别设计了光度分布。
另外，图15中的横轴的值表示：将聚光照明用透镜7的光轴OA方向设为90°时的、从聚光照明用透镜7的射出面23射出的光的射出角[°]，图15中的纵轴的值表示：将最大值标准化为1时的相对光度。
于是，图16表示对具备基于上述的设计制作出的聚光照明用透镜7的、实施例1的试验样件进行的本测定试验的试验结果。另外，图16中的横轴和纵轴的值与图7相同。
如图16所示，在本实施例中，与比较例1相比，在测定角度α[°]为0°处附近，获得了较高的相对照度。
此结果表明，本实施例中的试验样件与比较例1中的试验样件相比，更适合用于向特定区域照射明亮的白色光的聚光照射。
另外，如图16所示，在本实施例中，与比较例1～3相比，能够使xy色度的特性在色度0.33附近接近于平坦。此结果表明，本实施例中的试验样件适合用于照射出与比较例1～3中的试验样件相比色彩不均匀较少且近乎纯白色的照射光。
<实施例2>
实施例2的试验样件是具有图17所示结构的试验样件，该试验样件由白色发光二极管8以及在该白色发光二极管8的射出侧相对配置的聚光照明用透镜7构成。
以下，使用图17说明用于本实施例的聚光照明装置的聚光照明用透镜7。另外，在本说明中，对于与第一实施例相同的事项，简化其说明。
在制作本实施例中的聚光照明用透镜7时，首先设计了由第一入射面20和第二入射面21构成的凹部。
设计该凹部时，假设FWHM为13°来决定本实施例中的第一入射面20的大小。另外，在本实施例中也是，为了满足上述的聚光照明装置的规格(FWHM为13°)，以如下的方式设计了凹部：以最合适的比例分配从白色发光二极管8射出的光束而入射至第一入射面20和第二入射面21。
更具体地说，如图18所示，在本实施例中，如下地设计第一入射面20：在光轴OA上设置中心，且其直径
Figure G200910210167XD00161
是4mm。
另外，在本实施例中进行设计，使得第一入射面20配置在距凹部的白色发光二极管8侧的端部的距离z1为2.9mm的位置。
并且，在本实施例中，设计了随着从第一入射面20的外周端部靠近白色发光二极管8侧直径变大的第二入射面21，使得该面21与光轴OA的夹角θ为15°。
这样设计凹部后，进而在本实施例中进行如下设计：假设白色发光二极管8的发光单元10中的射出面11的位置的高度为0mm，从该高度为0mm的位置沿着光轴OA至被照射面18侧的方向为正时，将发光二极管对置面部中的平坦面27配置在高度为1.278mm的位置。
另外，在本实施例中，如从图17所记载的光路可知，以满足式(1)和式(2)的双方的方式进行了设计。
于是，图19表示对具备基于上述设计制作出的聚光照明用透镜7的、实施例2的试验样件进行的本测定试验的试验结果。另外，图19中的横轴和纵轴的值与图7相同。
如图19所示，在本实施例中，与比较例1相比，在测定角度α[°]为0°处附近，获得了较高的相对照度。
此结果表明，与实施例1同样，本实施例中的试验样件与比较例1中的试验样件相比，更适合用于向特定区域照射出明亮的白色光的聚光照射。
另外，如图19所示，在本实施例中，与比较例1～3相比，能够使xy色度的特性在色度0.33附近接近于平坦。此结果表明，与实施例1同样，本实施例中的试验样件也适合用于照射出与比较例1～3中的试验样件相比色彩不均匀较少且近乎纯白色的照射光。
<实施例3>
实施例3的试验样件是具有图20所示结构的试验样件，该试验样件由白色发光二极管8以及在该白色发光二极管8的射出侧相对配置的聚光照明用透镜7构成。
以下，使用图21说明用于本实施例的聚光照明装置的聚光照明用透镜7。另外，在本说明中，对于与第一实施例相同的事项，简化其说明。
在制作本实施例中的聚光照明用透镜7时，首先设计了由第一入射面20和第二入射面21构成的凹部。
设计该凹部时，假设FWHM为12°来决定本实施例中的第一入射面20的大小。另外，在本实施例中也是，为了满足上述的聚光照明装置的规格(FWHM为12°)，以如下的方式设计了凹部：以最合适的比例分配从白色发光二极管8射出的光束而入射至第一入射面20和第二入射面21。
更具体地说，如图21所示，在本实施例中，如下地设计第一入射面20：在光轴OA上设置中心，且其直径
Figure G200910210167XD00171
是5mm。
另外，在本实施例中进行设计，使得第一入射面20配置在距凹部的白色发光二极管8侧的端部的距离z1为2.9mm的位置。
并且，在本实施例中，设计了随着从第一入射面20的外周端部靠近白色发光二极管8侧直径变大的第二入射面21，使得该面21与光轴OA的夹角θ为5°。
这样设计凹部后，进而在本实施例中进行如下设计：假设白色发光二极管8的发光单元10中的射出面11的位置的高度为0mm，从该高度为0mm的位置沿着光轴OA至被照射面18侧的方向为正时，将发光二极管对置面部中的平坦面27配置在高度为1.278mm的位置。
另外，在本实施例中，如从图20所记载的光路可知，以满足式(1)和式(2)的双方的方式进行了设计。
另外，如图22所示，在本实施例中进行了设计，以使略带蓝色的白色光WLB和略带黄色的白色光WLY的光度分布(光度分布特性)大致一致(换言之，“近似”)。具体地说，使两个光WLB和WLY的光度分布特性之差，最大也收纳在色度差0.1左右。另外，图22中的横轴和纵轴的值与实施例1中的图15相同。
于是，图23表示对具备基于上述设计制作出的聚光照明用透镜7的、实施例3的试验样件进行的本测定试验的试验结果。另外，图23中的横轴和纵轴的值与图7相同。
如图23所示，在本实施例中，与比较例1相比，在测定角度α[°]为0°处附近，获得了较高的相对照度。
此结果表明，与实施例1同样，本实施例中的试验样件与比较例1中的试验样件相比，更适合用于向特定区域照射出明亮的白色光的聚光照射。
另外，如图23所示，在本实施例中，与比较例1～3和实施例1、2相比，能够使xy色度的特性在色度0.33附近接近于平坦。此结果表明，本实施例中的试验样件极为适合用于照射出色彩不均匀较少且近乎纯白色的照射光。
<实施例4>
实施例4的试验样件是具有图24所示结构的试验样件，该试验样件由白色发光二极管8以及在该白色发光二极管8的射出侧相对配置的聚光照明用透镜7构成。
以下，使用图25说明用于本实施例的聚光照明装置的聚光照明用透镜7。另外，在本说明中，对于与第一实施例相同的事项，简化其说明。
在制作本实施例中的聚光照明用透镜7时，首先设计了由第一入射面20和第二入射面21构成的凹部。
设计该凹部时，假设FWHM为30°来决定本实施例中的第一入射面20的大小。另外，在本实施例中也是，为了满足上述的聚光照明装置的规格(FWHM为30°)，以如下的方式设计了凹部：以最合适的比例分配从白色发光二极管8射出的光束而入射至第一入射面20和第二入射面21。
更具体地说，如图25所示，在本实施例中，如下地设计第一入射面20：在光轴OA上设置中心，且其直径
Figure G200910210167XD00181
是6mm。另外，在本实施例中进行设计，使得第一入射面20配置在距凹部的白色发光二极管8侧的端部的距离z1为2.4mm的位置。
并且，在本实施例中，设计了随着从第一入射面20的外周端部靠近白色发光二极管8侧直径变大的第二入射面21，以使该面21与光轴OA的夹角θ为5°。
这样设计凹部后，进而在本实施例中进行如下设计：假设白色发光二极管8的发光单元10中的射出面11的位置的高度为0mm，从该高度为0mm的位置沿着光轴OA至被照射面18侧的方向为正时，将发光二极管对置面部中的平坦面27配置在高度为1.278mm的位置。
另外，在本实施例中，如从图24所记载的光路可知，以满足式(1)和式(2)的双方的方式进行了设计。
于是，图26表示对具备基于上述设计制作出的聚光照明用透镜7的、实施例4的试验样件进行的本测定试验的试验结果。另外，图26中的横轴和纵轴的值与图7相同。
如图26所示，在本实施例中，与比较例1相比，在测定角度α[°]为0°附近，获得了较高的相对照度。
此结果表明，与实施例1同样，本实施例中的试验样件与比较例1中的试验样件相比，更适合用于向特定区域照射出明亮的白色光的聚光照射。
另外，如图26所示，在本实施例中，与比较例1～3相比，能够使xy色度的特性在色度0.33附近接近于平坦。此结果表明，与实施例1同样，本实施例中的试验样件也适合用于照射出与比较例1～3中的试验样件相比色彩不均匀较少且近乎纯白色的照射光。
<实施例5>
实施例5的试验样件是具有图27所示的结构的试验样件，该试验样件由白色发光二极管8以及在该白色发光二极管8的射出侧相对配置的聚光照明用透镜7构成。
以下，使用图27说明用于本实施例的聚光照明装置的聚光照明用透镜7。另外，在本说明中，对于与第一实施例相同的事项，简化其说明。
在制作本实施例中的聚光照明用透镜7时，首先设计了由第一入射面20和第二入射面21构成的凹部。
设计该凹部时，假设FWHM为32°来决定本实施例中的第一入射面20的大小。另外，在本实施例中也是，为了满足上述的聚光照明装置的规格(FWHM为32°)，以如下的方式设计了凹部：以最合适的比例分配从白色发光二极管8射出的光束而入射至第一入射面20和第二入射面21。
更具体地说，如图18所示，在本实施例中，如下地设计第一入射面20：在光轴OA上设置中心，且其直径
Figure G200910210167XD00191
是6mm。
另外，在本实施例中进行设计，使得第一入射面20配置在距凹部的白色发光二极管8侧的端部的距离z1为2.8mm的位置。
并且，在本实施例中，设计了随着从第一入射面20的外周端部靠近白色发光二极管8侧直径变大的第二入射面21，使得该面21与光轴OA的夹角θ为5°。
这样设计凹部后，进而在本实施例中进行如下设计：假设白色发光二极管8的发光单元10中的射出面11的位置的高度为0mm，从该高度为0mm的位置沿着光轴OA至被照射面18侧的方向为正时，将发光二极管对置面部中的平坦面27配置在高度为1.278mm的位置。
另外，在本实施例中，如从图27所记载的光路可知，以满足式(1)和式(2)的双方的方式进行了设计。
于是，图29表示对具备基于上述的设计制作出的聚光照明用透镜7的、实施例5的试验样件进行的本测定试验的试验结果。另外，图29中的横轴和纵轴的值与图7相同。
如图29所示，在本实施例中，与比较例1相比，在测定角度α[°]为0°处附近，获得了较高的相对照度。
此结果表明，与实施例1同样，本实施例中的试验样件与比较例1中的试验样件相比，更适合用于向特定区域照射出明亮的白色光的聚光照射。
另外，如图29所示，在本实施例中，与比较例1～3相比，能够使xy色度的特性在色度0.33附近接近于平坦。此结果表明，与实施例1同样，本实施例中的试验样件也适合用于照射出与比较例1～3中的试验样件相比色彩不均匀较少且近乎纯白色的照射光。
另外，本发明不限于上述的实施方式，根据需要可以进行种种变更。
例如，发光装置也可以是从上述实施方式中示出的白色发光二极管8中去除了聚光透镜16的结构，或者也可以是具备如下的发光单元10的结构：不是组合了蓝色发光二极管与荧光体的发光单元10，而是使用发出紫外线的二极管以及发出红色、绿色和蓝色三色光的荧光体，来射出白色光的发光单元10。
另外，全反射面22并不限于包含光轴OA的剖面图中以直线表示的面，也可以是以曲线表示的面。
2008年10月31日提交的日本专利申请第2008-281430号所包含的说明书、说明书附图和说明书摘要的公开内容全都引用于本申请。

Claims (3)

1.一种照明用透镜，入射从点状发光装置射出的白色光后，将该入射的白色光控制成具有期望的光度分布特性的光，并向被照射面侧射出，
所述照明用透镜包括：
发光装置对置面部，其与所述发光装置相对配置；
射出面部，相对于所述发光装置对置面部，形成在所述发光装置的相反侧；以及
侧面部，其从所述发光装置对置面部的外周端部向所述射出面部的外周端部延伸，
在所述发光装置对置面部形成有凹部，用于将所述白色光入射至所述照明用透镜内，
所述凹部具有：
第一入射面，其形成为与光轴正交的平面；以及
第二入射面，其形成为从该第一入射面的外周端部向所述发光装置侧延伸，并且随着接近所述发光装置侧，其直径逐渐变大，
所述侧面部具有：
全反射面，其形成为随着从所述发光装置对置面部侧接近所述射出面部侧，直径逐渐变大，以使入射至所述第二入射面的光向所述射出面部被全反射，
所述射出面部具有：
第一射出面，主要使入射至所述第一入射面的光入射，并将该入射的光向所述被照射面侧射出；以及
第二射出面，其被连接设置在所述第一射出面的外周端部而包围所述第一射出面，并且使入射至所述第二入射面后被所述全反射面全反射的光入射，并将该入射的光向所述被照射面侧射出，
所述第二射出面形成为其正折光力弱于所述第一射出面，
将从所述第一射出面射出的光和从所述第二射出面射出的光以相互混合的状态照射至所述被照射面，
并且满足下式所示的条件,
θ1max>θ2max
其中，
θ1max为从发光装置的发光点射出的光中的、入射至第一入射面的光在透镜内部与光轴所成的夹角θ1的最大值，
θ2max为从发光装置的发光点射出的光中的、被全反射面全反射并朝向离开光轴的方向的光在透镜内部与光轴所成的夹角θ2的最大值。
2.如权利要求1所述的照明用透镜，其中，
使入射至所述第一入射面的光从所述第一射出面射出时的光度分布与入射至所述第二入射面的光从所述射出面部射出时的光度分布相互一致或近似。
3.一种照明装置，包括权利要求1所述的照明用透镜和发光装置。
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